Wirtschaftlichkeit in technischen Betrieben insbesondere der Kraftanlagen [Reprint 2021 ed.] 9783112460146, 9783112460139

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W i r t s c h a f t l i c h k e i t in technischen Betrieben insbesondere

der

Kraftanlagen

Von

Dr. Fritz Schmidt Privatdozent an der Technischen Hochschule Berlin

Mit 16 Abbildungen im Text

1% Berlin u n d Leipzig

1921

V e r e i n i g u n g w i s s e n s c h a f t l i c h er V e r l e g e r Walter de Gruyter & Co. vormals G. J . G ö s c h e n ' s c h e V e r l a g s h a n d l u n g :: 3. G u t t e n t a g , Verlag»buchhandlung :: G e o r g Reimer :: Karl T r ü b n e r :: Veit & Comp.

Alle Rechte, einschließlich des Übersetzungsrechts, vorbehalten,

Druck von Metzger & Wittig In Leipzig.

Inhaltsverzeichnis. Seite

Einleitung 1. Menschliche Arbeitskräfte 2. Betriebsstoffe a) Brennstoffe b) Wasser 3. Wärmekraftmaschinen A. Dampfmaschinen B. Verbrennungskraftmaschinen a) Verpuffungsmaschinen b) Gleichdruckmaschinen 4. Sonstige Maschinen

1 4 8 - 9 22 24 45 46 56 61

5. Schmier- und Putzmittel

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Schlußwort Anhang (Tagebuch)

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Vorwort. Das von mir in der vorliegenden Arbeit behandelte Gebiet hat gerade in der letzten Zeit für die deutsche Industrie wie auch für den Wiederaufbau Deutschlands eine erhöhte Bedeutung erhalten. Ich entschloß mich daher, die in ihren Grundzügen bereits vor dem Kriege niedergelegte und besonderer Verhältnisse wegen der Öffentlichkeit bisher vorenthaltene Arbeit nunmehr zum Abdruck zu bringen. Möge ihr Zweck, ein Beitrag zur Durchführung einer wissenschaftlichen Betriebstechnik zu sein, in Erfüllung gehen. B e r l i n , im Oktober 1920.

Dr. Fritz Schmidt.

Einleitung. Wirtschaftlich arbeitet ein technischer Betrieb dann, wenn bei einem sinngemäßen Ausnutzen der vorhandenen Kräfte und Maschinen aus einem möglichst kleinen Aufwände an Energie eine größtmögliche Leistungsfähigkeit herausgeholt wird, der wirtschaftliche Erfolg bei einem Mindestaufwande an Kraft, Zeit und Geld also der denkbar größte ist. Eine wirtschaftliche Betriebstechnik beruht nicht nur auf einer weit verzweigten und tief eingreifenden, bis in die letzten Äderchen eines Betriebes reichenden Ordnung aller Betriebseinzelheiten, bei der jedes Glied bestimmte Aufgaben zu erfüllen hat, sondern vor allem auch auf einer Vereinfachung und richtigen Ausnutzung aller für die Regelung der Arbeitsvorgänge erforderlichen Hilfsmittel, so daß statt eines willkürlichen und ungeordneten Arbeitens ein planmäßiges Ineinandergreifen aller Teile stets unter Berücksichtigung des wirtschaftlichen Grundgedankens erzielt wird. Die Hauptbedingung für ein solches Arbeitsverfahren ist in jedem wirtschaftlichen Betriebe eine "streng geregelte Einrichtung auf wissenschaftlicher Grundlage. Unter einer solchen geregelten, vom Geiste der Wissenschaft getragenen Betriebseinrichtung hat man eine Ordnung und Unterordnung, eine Zusammenfassung und Ausgestaltung von Betriebseinheiten unter Vermeidung jedes überflüssig Erscheinenden und ein in jeder Beziehung richtiges, d. h. wirtschaftliches Ausnutzen der Betriebsmittel zu verstehen, so daß eine logisch geschlossene, eine Zersplitterung und Vergeudung an Kräften vermeidende Betriebseinheit entsteht. Denn es ist klar, daß ein geregelter, wissenschaftlich arbeitender einheitlicher Betrieb mit sparsam arbeitenden, sachgemäß bedienten Maschinen und richtiger Ausnutzung der verfügbaren Kräfte bei Vermeidung jeder Zeitverschwendung stets weit mehr zu leisten vermag und daher auch wettbewerbsfähiger S c h m i d t , Wirtschaftlichkeit in tecbn. Betrieben.

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Einleitung.

ist, als es bei einem ungeordnet arbeitenden, mit kraftverschwendenden maschinellen Anlagen ausgerüsteten Betriebe der Fall ist. Eine wissenschaftliche, vernunftgemäße Betriebseinteilung ist nun aber nicht bloß eine Anordnung eines Betriebes nach bestimmten Grundsätzen und Richtlinien, an denen im allgemeinen nichts geändert werden darf. Es muß vielmehr bei den verschiedenen Betriebseinzelheiten stets ein gewisses Maß von Freiheit im Handeln bleiben, damit den jeweiligen, sich ändernden Betriebsschwierigkeiten und den steten Fortschritten der Technik im Interesse der Zweckmäßigkeit und der besseren Wirtschaftlichkeit jederzeit Rechnung getragen werden kann. Auf keinen Fall darf aber die Kette der planmäßigen Tätigkeiten und das richtige Arbeiten der Maschinen eine längere Unterbrechung erfahren. Die wissenschaftliche Betriebsordnung, die alle unsere technischen Betriebe beseelen sollte, ist eine Vereinigung von richtiger Sach- und Personeneinteilung, von denen die eine von ebenso großem Werte ist wie die andere. Denn für die wirtschaftlichen Fragen eines jeden Betriebes darf das Gesetz der Wirtschaftlichkeit nicht nur auf die Eegelung der Arbeitsvorgänge und auf die maschinellen Einrichtungen beschränkt bleiben, sondern es muß auch in bezug auf die richtige Verwertung menschlicher Arbeitskräfte — auf die wirtschaftliche Menschenausnutzung — sinngemäß Anwendung finden. Bevor auf diese Fragen näher eingegangen werden kann, ist es notwendig, zunächst festzustellen, welches die einzelnen Punkte sind, die einen maßgebenden Einfluß auf die Wirtschaftlichkeit eines Betriebes haben können. Es sind dies hauptsächlich folgende: 1. 2. 3. 4.

menschliche Arbeitskräfte, Betriebsstoffe (Brennstoffe, Wasser), maschinelle Anlagen, Schmier- und Putzmittel.

Zu den durch diese 4 Punkte hervorgerufenen unmittelbaren Betriebsausgaben gesellen sich allerdings noch mittelbare wie Verzinsung, Abschreibung bzw. Erneuerung der maschinellen und sonstigen Anlagen, sowie Steuern, Feuerversicherung u. a. m., doch spielen diese Ausgaben bei der Frage der Wirtschaftlich-

Einleitung.

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keit technischer Betriebe keine ausschlaggebende Rolle, weil sie, obwohl nach Art und Leistung der Unternehmungen verschieden — im allgemeinen vermindern sich diese auf die Leistungseinheit bezogenen Kosten mit wachsender Größe der betreffenden Anlage —, für ein und denselben Betrieb nahezu gleich bleiben. Die unmittelbaren Betriebsausgaben dagegen sind in einem Unternehmen innerhalb ziemlich weiter Grenzen sehr beweglich. Sie können in einem ungeregelten Betriebe mit ungeeignetem Arbeitspersonal und unwirtschaftlich arbeitenden Maschinen so hoch getrieben werden, daß nicht nur die Wirtschaftlichkeit und damit die Wettbewerbsfähigkeit, sondern sogar die Lebensfähigkeit eines Unternehmens in Frage gestellt werden kann. Andererseits können durch ein vernunftgemäßes, wirtschaftliches Ausnutzen der unmittelbaren Betriebsfaktoren die höchsten wirtschaftlichen Betriebsergebnisse erzielt werden. Um die unmittelbaren Betriebsausgaben bei größtmöglichster Leistungsfähigkeit auf ein Mindestmaß zu bringen und — was von größter Wichtigkeit ist — sie ständig auf dieser geringen Höhe zu erhalten, bedarf es also einer nach jeder Richtung hin bis ins kleinste reichenden Betriebsregelung und zwar um so mehr, je größer der Betrieb ist. Bei kleineren Betrieben kann die Betriebsregelung einfachere Formen haben, weil diese Betriebe im allgemeinen mit geringeren Widerständen arbeiten und sich leichter übersehen lassen. Eine wissenschaftliche Betriebsordnung ist aber auch bei ihnen geboten, zumal die deutsche Industrie in der Nachkriegzeit in allen ihren Zweigen mit ganz besonders großen Schwierigkeiten zu rechnen hat, und eine Herabminderung der Lohnsätze, der Kosten für Betriebsstoffe und Betriebsmittel jeglicher Art sowie der sonstigen Unkosten vorerst nicht zu erwarten ist.

1*

1. Menschliche Arbeitskräfte. Bei einer solchen Regelung des ersten wichtigen Betriebsfaktors, des arbeitenden Menschen, handelt es sich um eine wissenschaftliche, planmäßige Einteilung menschlichen Arbeitsvermögens. Denn nicht nur. rein gedankliche Überlegung, sondern auch praktische Erfahrung lehren es tagtäglich, daß die Betriebe mit vernunftgemäßer Ausnutzung der menschlichen Arbeitskräfte, die einen bedeutenden Wirtschaftswert darstellen, leistungsfähiger sind und ein größeres wirtschaftliches Ergebnis haben, als jene ohne diese methodische Einteilung menschlichen Arbeitsvermögens. Unter einer solchen vernunftgemäßen Ausnutzung der Leistungsfähigkeit menschlicher Arbeitskräfte in einem geordneten Betriebe hat man ein Arbeitsverfahren zu verstehen, bei dem jeder Teil dasjenige leistet, wozu er veranlagt ist, und was er versteht. Durch ein solches, der Persönlichkeit angepaßtes Verfahren wird die Leistungsfähigkeit des Einzelnen nicht unwesentlich gesteigert und eine Ersparnis an menschlicher Arbeitskraft erzielt. Eine Grundbedingung hierfür ist eine weitausgebildete Zergliederung jeglicher Arbeitsvorgänge in die verschiedenen Einzelvorrichtungen, damit jedes überflüssig Erscheinende — sei es in einem rein erzeugenden (Werkstatt-) oder in einem mehr verwaltenden Betriebe (Kraftwerk) — von vornherein vermieden wird,, und die Arbeitsvorgänge nach jeder Richtung hin eine möglichst große Vereinfachung erfahren können. Durch eine solche Verminderung innerer Arbeitswiderstände und durch ein der Persönlichkeit angepaßtes Arbeitsverfähren kann die Arbeitszeit und der Aufwand von menschlichen Kräften auf ein Mindestmaß gebracht werden, wie es bei gleichen Leistungen bei dem veralteten, zweckwidrigen Aufsgeratewohl-Arbeits-

Menschliche Arbeitskräfte.

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verfahren mit seiner Verschwendung an menschlicher Energie nie erreicht werden kann. Wie wichtig es ist, für bestimmte Verrichtungen stets nur solche Arbeitskräfte zu verwenden, die dazu nach ihrer Veranlagung und Befähigung in jeder Beziehung geeignet sind, lehren u. a. die vielen Betriebe, in denen zur Bedienung und Überwachung maschineller Anlagen ungelernte, jeder eingehenden Sachkenntnis entbehrende Arbeitskräfte verwendet werden, und deren Betriebsergebnisse wesentlich gesteigert werden könnten, wenn die Anlagen geschulten und auskömmlich entlohnten Fachleuten anvertraut würden, die nicht nur ein richtiges Arbeiten der Anlage ohne Gefährdung der Betriebssicherheit gewährleisten, sondern auch Betriebsfehler sofort erkennen und sie schnellstens zu beseitigen wissen. Und nicht nur unnötige, oft sehr erhebliche Kosten verursachende Ausbesserungen und Betriebsstörungen können durch ein ungeeignetes, jeder Verantwortlichkeit baren Betriebspersonal herbeigeführt werden, es können auch eine Verkürzung der Lebensdauer der Anlage und somit größere wirtschaftliche Betriebsverluste die Folge sein. Je sorgfältiger die Wartung einer Anlage ist, um so geringer sind die Ausbesserungen, um so kleiner die Instandhaltungskosten. Außerdem ist nicht zu vergessen, daß die Größe des wirtschaftlichen Wirkungsgrades jeder maschineller Anlage hauptsächlich auch von der Sachkenntnis und Aufmerksamkeit des Bedienungspersonals abhängt. Bei Dampfkraftanlagen z. B. wird sowohl der Dampfverbrauch als auch der Dampfpreis von der Güte der Wartung in sehr erheblichem Maße beeinflußt. Welche Energiemengen und damit welches Volksvermögen können durch unsachgemäße Bedienung der Feuerung einer Kesselanlage vergeudet werden! Welche Summe Geldes wird durch eine überreichliche Schmierung der Maschinen verschwendet! Wie groß der Unterschied in der Leistung zweier unter vollkommen gleichen Verhältnissen arbeitenden Kesselanlagen 'bei verschieden guter Bedienung sein kann, zeigt folgendes Beispiel.*) Der eine Kessel wurde durch einen vom Dampfkesselüberwachungsverein ausgebildeten Heizer, der andere von dem Heizer des betreffenden Werkes 10 Stunden lang bedient, wobei folgende Ergebnisse erzielt wurden; *) „Glückauf" 1906.

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Menschliche Arbeitskräfte. j

Dampfspannung in kg/qcm Überdruck Speisewassertemperatur vor dem Vorwärmer in 0 C . Speisewassertemperatur hinter dem Vorwärmer in 0 C -. Speisewassermenge in kg . . . . Stündliche Dampfmenge in kg. . . Stündliche Kohlenmenge in kg . . Aus 1 kg Kohle gewonnene WE . . In 1 kg Kohle enthaltene WE . . . Bückstände insgesamt in kg . . . Temperatur der Bauchgase im Fuchs in 0 C Temperatur im Kesselhaus in 0 C Leistung von 1 qm Heizfläche und Stunde an Dampf von 637 WE in kg Leistung von 1 qm Bostfläche und Stunde in kg . . . . . . . . Wirkungsgrad des Kessels . . . . Verlust durch Unverbranntes in den BUckständen . Verlust durch Leitung, Strahlung, durch unverbrannte Gase u. a. . .

' Kessel I ' Vereinsheizer 7,3 48

Kessel II Werkheizer 7,3 47

73 24 711 2 342,9 287,9 5 183 7 754 316

71 19 810 1 882,1 294,8 4 067 7 754 334

243 27

195 27

23,4

18,8

85,7 66,8

87,7 52,5

6,9

• 1.7

26,3

39,8 .

Bei einer Dreizylinder-Dampfmaschine von 270 PSn mit einem Zylinderölverbrauch von 1,3 gr und einem Verbrauch an Maschinenöl von 3,5 gr für die PSn-st wurden nach Z. d. V. d. I. 1918 S. 173 lediglich durch eine sorgfältigere Schmierung ohne große Schwierigkeit und ohne Beeinträchtigung der Betriebssicherheit die jSchmierölkosten von 0,61 auf 0,22 «^r für die PSn-st gebracht, was einer Schmierölersparnis von 60 v. H. entspricht und eine jährliche Kostenersparnis bei 300 Betriebstagen zu je 22 Stunden von (0,61 - 0,22) 270 • 300 • 22 = 694980 $ = 6949,80 JK, bedeutet. Am meisten ausgeprägt ist die planmäßige Einteilung menschlicher Arbeitskräfte noch in rein erzeugenden (Werkstatt-) Betrieben, in denen für die Regelung und Vereinfachung der Arbeitsvorgänge die Zeit und Geld ersparenden Werkzeuge und Werkzeugmaschinen bereits in ausgiebigster Weise Anwendung

Menschliche Arbeitskräfte.

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gefunden haben. Diese schon mit größter Sorgfalt arbeitenden technischen Hilfsmittel, die in den letzten Jahren eine geradezu hervorragende Entwicklung genommen haben, befreien nicht nur den Menschen immer mehr von der mechanischen Arbeit, sondern sie gestatten auch eine genauere und schnellere und somit auch eine weit billigere Herstellungsmöglichkeit, als es die reine Handarbeit mit ihrer Aufopferung an größerer Menschenenergie zuläßt. E s sei nur auf die gewichtige Verwendung der Hobel-, Dreh-, Fräs-, Schneid- und Stanzmaschinen in der Eisenindustrie, auf die außerordertlich leistungsfähigen Schnellarbeitsstähle mit ihren hohen Schnittgeschwindigkeiten und Spanleistungen hingewiesen. Um aber auch hier neben guten technischen auch gute wirtschaftliche Betriebsergebnisse zu bekommen, ist es unbedingt notwendig, in jedem Falle nur eine sachgemäße und fachmännische Bedienung zu verwenden, denn nicht selten werden hierbei an die Intelligenz der betreffenden Arbeitskräfte hohe Anforderungen gestellt. Zum Zwecke der Steigerung menschlicher Arbeitsleistung und zur Erzielung einer größtmöglichen Gesamtleistungsfähigkeit und eines hohen wirtschaftlichen Ergebnisses ist also in jeglichem Betriebe eine planmäßig geordnete Anwendung menschlicher Arbeitskräfte erforderlich. Eine solche vernunftgemäße Einteilung der Arbeitskräfte trägt außerdem wesentlich dazu bei, daß ein Kaubbau an der menschlichen Arbeitsfähigkeit und Gesundheit, eine unwürdige Ausbeutung menschlicher Energie — die jedoch mit einer sinngemäßen Ausnutzung nicht zu verwechseln ist — immer mehr verhindert wird. Daß eine solche planmäßige Regelung menschlicher Arbeitskräfte zu einer technisch und wirtschaftlich wirkungsfähigen Gesamtheit stets unter Berücksichtigung sozialer Gesichtspunkte wie Wahrung der Arbeiterschutzgesetze und Arbeiter-Versicherung zu erfolgen hat, steht außer Frage. E s ist ohne weiteres einleuchtend, daß eine solche Regelung menschlicher Arbeitskräfte, des kostbarsten, als Wirtschaftsgut nicht genug zu würdigenden Betriebsmittels, keine leichte Aufgabe ist, und daß hierzu neben einer genauen Sachkenntnis planmäßige Versuche und umfangreiche Forschungen unter steter Berücksichtigung wissenschaftlicher Grundsätze und praktischer Erfahrungen erforderlich sind.

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Betriebsstoffe.

Mit der Frage der unmittelbaren Hebung der Leistung des Arbeiters hat sich der Amerikaner Taylor, eingehend beschäftigt. Er geht dabei von der Tatsache aus, daß es für jede Arbeit ganz bestimmte Bewegungen gibt, mit denen sie am besten und schnellsten zur Ausführung gebracht werden kann. Neben der genauen Untersuchung jedes einzelnen Arbeitsvorganges und des in- Betracht kommenden Handgriffes prüft er jede Bewegung des.Arbeiters, um bei einem kürzesten Wege mit einem geringsten Aufwand an Zeit und Kraft auszukommen und auf diese Weise mit möglichst wenig Energie möglichst viel zu leisten. Auf Grund dieser Erhebung gibt er dann dem für eine bestimmte Arbeit besonders befähigten Arbeiter eine genau vorgeschriebene Anleitung, nach der er die einzelnen körperlichen Verrichtungen nacheinander vorzunehmen hat. Obwohl diesem Verfahren deshalb schon nicht in allen Punkten zugestimmt werden kann, weil eine geistige Überlegung des Arbeiters bei seiner Arbeit vollkommen ausgeschaltet wird, und weil es auch nicht ohne weiteres auf alle Arten von Arbeiten Anwendung finden kann, so zeigt es doch einen Weg, wie die menschlichen Arbeitskräfte zur Erzielung einer größtmöglichen Leistungsfähigkeit des Arbeiters besser ausgenutzt werden können. Der energetische Imperativ des Leipziger Chemikers Wilhelm Ostwald: „Vergeude keine Energie, verwerte sie" sollte auch bei der Verwendung von menschlichem Arbeitsvermögen stets seine volle Bedeutung haben.

2. Betriebsstoffe. Nicht minder wichtig für die Frage der Erreichung einer möglichst hohen Gesamtleistung bei kleinstem Kosten- und Energieaufwande in einem Betriebe ist neben einer vernunftgemäßen Steigerung des menschlichen Arbeitsvermögens die zweckmäßigste und wirtschaftlichste Ausnutzung der Betriebsstoffe in den maschinellen Anlagen und da.s richtige und. vor allem wirtschaftliche Arbeiten der Maschinen. Eine wissenschaftliche Regelung auf diesen' Gebieten hat heutzutage noch nicht in allen Betrieben die Würdigung gefunden, die sie im Interesse der besseren Wirtschaftlichkeit verdient.

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Betriebsstoffe.

Mit der Frage der unmittelbaren Hebung der Leistung des Arbeiters hat sich der Amerikaner Taylor, eingehend beschäftigt. Er geht dabei von der Tatsache aus, daß es für jede Arbeit ganz bestimmte Bewegungen gibt, mit denen sie am besten und schnellsten zur Ausführung gebracht werden kann. Neben der genauen Untersuchung jedes einzelnen Arbeitsvorganges und des in- Betracht kommenden Handgriffes prüft er jede Bewegung des.Arbeiters, um bei einem kürzesten Wege mit einem geringsten Aufwand an Zeit und Kraft auszukommen und auf diese Weise mit möglichst wenig Energie möglichst viel zu leisten. Auf Grund dieser Erhebung gibt er dann dem für eine bestimmte Arbeit besonders befähigten Arbeiter eine genau vorgeschriebene Anleitung, nach der er die einzelnen körperlichen Verrichtungen nacheinander vorzunehmen hat. Obwohl diesem Verfahren deshalb schon nicht in allen Punkten zugestimmt werden kann, weil eine geistige Überlegung des Arbeiters bei seiner Arbeit vollkommen ausgeschaltet wird, und weil es auch nicht ohne weiteres auf alle Arten von Arbeiten Anwendung finden kann, so zeigt es doch einen Weg, wie die menschlichen Arbeitskräfte zur Erzielung einer größtmöglichen Leistungsfähigkeit des Arbeiters besser ausgenutzt werden können. Der energetische Imperativ des Leipziger Chemikers Wilhelm Ostwald: „Vergeude keine Energie, verwerte sie" sollte auch bei der Verwendung von menschlichem Arbeitsvermögen stets seine volle Bedeutung haben.

2. Betriebsstoffe. Nicht minder wichtig für die Frage der Erreichung einer möglichst hohen Gesamtleistung bei kleinstem Kosten- und Energieaufwande in einem Betriebe ist neben einer vernunftgemäßen Steigerung des menschlichen Arbeitsvermögens die zweckmäßigste und wirtschaftlichste Ausnutzung der Betriebsstoffe in den maschinellen Anlagen und da.s richtige und. vor allem wirtschaftliche Arbeiten der Maschinen. Eine wissenschaftliche Regelung auf diesen' Gebieten hat heutzutage noch nicht in allen Betrieben die Würdigung gefunden, die sie im Interesse der besseren Wirtschaftlichkeit verdient.

Brennstoffe.

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si) Brennstoffe. In den bisher verbreitetsten Kraftquellen., den Dampfkesseln, wird durch Verwendung von Brennstoff und Wasser eine Betriebskraft für Wärmekraftmaschinen in Form, von Wasserdampf erzeugt, und es ist nun von höchster wirtschaftlicher Bedeutung, die Dampfkosten, d. h. die aus dem für die Herstellung von 1 kg Wasserdampf von bestimmter Beschaffenheit notwendigen Brennstoffverbrauch sich ergebenden Unkosten, auf ein Mindestmaß zu bringen und vor allem auf dieser geringen Höhe ständig zu erhalten. Um dièses zu erreichen, bedarf es einer eingreifenden Regelung des Kesselbetriebes. In erster Linie ist es von Wichtigkeit, stets dafür Sorge zu tragen, daß der den Kessel verlassende Dampf möglichst immer den gewünschten gleichbleibenden Zustand hat — den richtigen Dampfdruck (wenn möglich unter Einschaltung eines einwandfrei arbeitenden Dampfdruckreglers) und gegebenenfalls den richtigen Grad der Überhitzung —, was ja in der Praxis nie genau eingehalten werden kann, wonach aber stets gestrebt werden muß. Durch ein eingeschaltetes, selbst aufschreibendes Manometer können* die Schwankungen in der Dampfspannung zum Zwecke einer nachträglichen Prüfung — vor allem auch über die Achtsamkeit des Bedienungspersonals — zeichnerisch festgelegt werden. Nicht nur, daß ein zu hoher-Dampfdruck für den gegebenen Fall unnötig und unzweckmäßig ist, er gibt auch Veranlassung, daß ein Teil des erzeugten Dampfes über das Sicherheitsventil unausgenutzt ins Freie auspufft und somit einen Energie- und damit einen wirtschaftlichen Verlust zur Folge hat. Bei einem nur zeitweise geführten Betriebe ist es ganz besonders wichtig, die Dampferzeugung dem Bedarf nach Möglichkeit anzupassen. Vor allem sollte stets vermieden weiden, übererzeugten Danipf in die Außenluft oder unmittelbar in den Kondensator strömen zu lassen." Es sollte vielmehr stets möglich gemacht werden, den Dampf Überschuß entweder in einem besonderen Wärmespeicher aufzufangen, um von hier aus noch irgendeine Wärmekraftmaschine (Niederdruckturbine) antreiben zu können, oder ihn für Koch-, Heiz- oder andere Zwecke (Anwärmen des Speisewassers) noch auszunutzen. Vernachlässigt wird in der Praxis sehr oft, auf die für die

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Betriebsstoffe.

bestimmte FeueruDgsanlage eines Dampfkessels erforderliche Beschaffenheit des Brennstoffes zu achten, denn die sogenannte stündliche Rostbeanspruchung — die auf 1 qm Rostfläche in einer Stunde zu verbrennende Brennstoffmenge — richtet sich bekanntlich nicht nur nach der Menge der zugeführten Luft, sondern hauptsächlich auch nach der Brennstoffart (den Verbrennungseigenschaften) und der vorhandenen Rostanlage. So schwankt zum Beispiel die sogenannte Brennstoffgeschwindigkeit allein bei Steinkohle etwa zwischen 60 bis 120 kg je qm, bei Braunkohlebriketts zwischen 100 und 150 kg je qm und bei erdiger Braunkohle sogar zwischen 200 bis 300 kg je qm in der Stunde bei natürlichem Schornsteinzug. F ü r ein gutes Ergebnis einer Kesselfeuerung ist neben dem Heizwert des Brennstoffes auch der Grad des Aschen- und Wassergehaltes, des Gasreichtums, der Schlackenbildung und des Backens maßgebend. Es ist daher ohne entsprechende Umänderung der Feuerungsanlage nicht angängig, von hochwertiger Kohle auf billige und minderwertige derselben Brennstoffart überzugehen, oder bei einem vorher mit Steinkohle beheizten Kessel Braunkohle oder andere Brennstoffarten zu verwenden. Und nicht nur von den hochwertigen und teuren, sondern aucl? von den heute mehr denn je zur Verfeurung kommenden minderwertigen Brennstoffen wie erdige Braunkohle, Torf, Koksgrus, Kohlengrus u. a, verlangt die neuzeitliche Wärme Wirtschaft, daß sie so günstig wie möglich, d. h. mit einem geringsten Luftüberschuß vollkommen verbrannt werden. Denn je geringer der Luftüberschuß ist, um so höher ist die Anfangstemperatur der Heizgase und je höher diese Temperatur ist, um so größer ist wieder das ausnutzbare Temperaturgefälle und damit die technische Ausnutzbarkeit der in den Heizgasen enthaltenen Wärme. Eine möglichst hohe Anfangstemperatur der bei der Verbrennung entstehenden Heizgase biete! also wesentliche wirtschaftliche Vorteile; sie sollte daher mehr als bisher beachtet werden. Nur bei einer geeigneten, sachgemäß gebauten Rostanlage von bestimmter Größe und einem bestimmten Verhältnis der freien zur gesamten Rostfläche, die im allgemeinen zwischen 1 : 3 bis 1 : 5 schwankt, läßt sich ein Brennstoff wirtschaftlich verfeuern. Stark schlackende Kohle erfordert beispielsweise eine größere Rostfläche als leichtere Kohle. Da Rostanlagen aus Vorsicht wegen stark schlackender Kohle nicht selten über-

Brennstoffe.

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reichlich groß bemessen werden, so muß bei Verfeuerung leichterer Kohle der Rost dementsprechend teilweise abgedeckt werden. Gasreichere Brennstoffe werden zweckmäßig nur in Unterfeuerung mit Oberluftzuführung, kurzflammige, gasreiche Kohle in Innenfeuerung mit Oberluft, minderwertige, gasarme Kohle dagegen stets mit Unterwind oder Saugzug zur Verbrennung gebracht; Torf, Holz, Späne und dergleichen werden am besten auf Treppenoder Schrägrosten mit geeigneter Neigung, Rohbraunkohle auf Treppenrost — Vor- oder Unterfeuerung oder in Muldenfeuerung verheizt. Für ein einwandfreies Arbeiten der Feuerung ist es demnach von großer Bedeutung, die Charakteristik des Brennstoffes — seine Elementarzusammensetzung, seinen Gehalt an Wasser 'Und mineralischen Bestandteilen und auch sein Verhalten auf dem Eoste — zu kennen und diese Charakteristik durch Untersuchungen (chemische Analysen), die in regelmäßiger Zeitfolge vorzunehmen sind, festzustellen. Ein vollkommen idealer Brennstoff dürfte nur aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff bestehen und zu Kohlendioxyd verbrennen. Da aber die Brennstoffe mehr oder weniger Unreinlichkeiten und unverbrennbare Bestandteile haben, so bleiben .bei der Verbrennung stets feste Rückstände zurück (Schlacke, Asche), und ferner findet infolge einer unvollkommenen Berührung des Brennstoffes mit dem Sauerstoff eine teilweise unvollkommene Verbrennung zu Kohlenoxydgas statt. Außerdem bilden sich als Verbrennungserzeugnisse auch noch mehr oder minder schwere Kohlenwasserstoffe. Hinsichtlich der für die Frage der Wirtschaftlichkeit eines Kesselbetriebes wichtigenguten Ausnutzung eines Brennstoffes ist es also von Bedeutung, die Brennstoffcharakteristik und damit den wirtschaftlichen Wert des Brennstoffes zu kennen und ihn von Zeit zu Zeit zu prüfen. Bei Steinkohle liegt z. B. ein großer Unterschied in der Verwendung von hochwertigem, tiefschwarz glänzendem, teurem und von billigem, minderwertigem Brennstoff, weil die verbrauchten* Mengen beider Arten, die sogar aus ein und derselben Grube stammen können, oft in gar keinem Verhältnis stehen. Denn, ist ein minderwertiger, schlacken- und aschenreicher Brennstoff auch billiger, so sind doch die betreffenden Unkosten (Beförderung, Anfuhr- und Lagerkosten, Arbeit des Bedienungspersonals, Arbeitsvermehrung durch Beseitigung einer größeren Menge von Schlacken

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Betriebsstoffe.

und Asche u. a. m.), weil er weniger verbrennliche Masse hat und daher eine geringere Wärmeausnutzung zuläßt, bei gleicher Leistung also , mehr von ihm verfeuert werden muß, besonders in der heutigen Zeit oft unverhältnismäßig höher. Andererseits kann eine an sich hochwertige, aber mehr schlackenbildende Kohle als eine solche von geringerem Heizwert durch einen zu großen, durch häufigeres Öffnen der Feuertür hervorgerufenen Luftüberschuß, der eine Erniedrigung der Anfangstemperatur der Rauchgase und damit eine Verschlechterung der thermischen Energie zur Folge hat, eine geringere Verdampfungsziffer ergeben. In welcher Weise die Kesselleistung bei zwei Kohlensorten von etwa gleichem Heizwert aber ungleichem Schlackengehalt, dieoauf derselben Eostanlage eines Kessels verbrannt wurden, beeinflußt werden kann, zeigt folgender Verdampfungsversuch*). Der Kessel hatte eine Heizfläche von 400 qm und eine Rostfläche von 12,35 qm, die Fläche des Überhitzers betrug 110 qm. Kohlensorte I Dauer des Versuches Stündliche Speisewassermenge je qm Heizfläche . . . Stündlicher Köhleverbrauch je qm Kostfläche . , . . Mittlerer Dampfdruck Mittlere Dampftemperatur . . . . Gehalt der Abgase an CO, . . . . Mittlere Zugstärke vor dem Bauchschieber Heizwert der Kohle . . •. . . . Herdrückstände Kessel wi rk ungsgrad. . . . . . . Preis für 1000 kg Kohle Kohlekosten für 1000 kg Dampf . .

480 20,34 98,8 11,0 335 io-

Kohlensorte II 420

Min.

12,66 1 " 95,0 kg 11,0 Atm. 313 °C v. H. 15,0 5676 . 32,0 54,0 9,70 2,27

mm W S WE v. H. v. H.

Obwohl also der Preis für 1 Tonne Brennstoff minderwertigeren Kohlensorte I I um 2,10 ^ g e r i n g e r war, die Erzeugung von 1000 kg Dampf 0,52 Jl mehr als Kohlensorte I. Zudem erforderte die schlackenreichere

bei der kosteten bei der Kohlen-

*) „Glückauf" 1910.

14,5 6298 8,17 76,5 11,80 1,75

Jt Jt

Brennstoffe.

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Sorte II wegen häufigeren Putzens und Abschlackens des Feuers eine größere Arbeit des Bedienungspersonals. Die Wahl der Brennstoffsorte sollte sich daher lediglich nach dem Dampfpreis, das heißt nach den auf die Erzeugung von 1 kg Dampf kommenden Brennstoffkosten, in denen auch die Kosten für Fracht, Anfuhr, Abladen, Lagerung und für die Rückstandsentfernung enthalten sind, richten. Für den reinen Brennstoffpreis wäre es aus wirtschaftlichen Gründen am besten, den Preis nicht nur nach Menge und Gewicht, sondern auch nach dem Gehalt an „Kernsubstanz" (Kohlenstoff- und disponiblem Wasserstoffgehalt) sowie vor allem nach den im Brennstoff enthaltenen Wärmeeinheiten festzulegen, weil der Heizwert, der fast nur von dem Kohlen&toffgehalt abhängt (gute Kohle hat etwa 85 v. H. Kohlenstoff) bei Verwendung des Brennstoffes für Feuerungszwecke hauptsächlich den wirtschaftlichen Wert bestimmt. Und dieser Heizwert, der bei ein und derselben Brennstoffart innerhalb ziemlich weiter Grenzen liegt, müßte durch in bestimmten Zeitabschnitten vorzunehmende Untersuchungen geprüft werden, damit bei . größeren Schwankungen der Brennstoffpreis danach verbessert werden kann. Wichtig ist für einen wirtschaftlichen Kesselbetrieb neben der vernunftgemäßen Verbrennung des gegebenen Brennstoffes in der Feuerungsanlage bei möglichst hoher Anfangstemperatur auch die Zurückgewinnung von Koks aus den Verbrennungsrückständen und vor allem die gute wärmetechnische Ausnutzung der erzeugten Heizgase. Gerade hierin wird namentlich in kleineren gewerblichen Betrieben vielfach noch sehr gesündigt, und bei manchen Anlagen werden geradezu Vermögen vergeudet. Besonders hervorzuheben ist hierbei, daß es im Interesse einer guten Wärmewirtschaft liegt, die Leistung eines Kessels tunlichst immer normal zu halten und sie nicht durch Erhöhung des Brennvorganges . zu steigern. Durch Vermehrung des stündlichen Brennstoffverbrauchesund der Verbrennungsluft entsteht wohl eine größere Menge Heizgase, da die Heizgase aber eine größere Geschwindigkeit in den Heizzügen haben, so können sie bei der gegebenen Heizfläche ihre Wärme nicht praktisch erschöpfend an das Kesselspeisewasser abgeben, d. h. die Ausnutzung ihres Temperaturgefälles bzw. ihres Wärmeinhaltes ist — weil sie mit einer hohen Temperatur in den Schornstein entweichen — eine un-

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Betriebsstoffe.

vollkommene, was eine Verschlechterung des Kesselwirkungsgrades zur Folge hat. Bei schlechten oder stark angestrengten Kesseln können die abziehenden Rauchgase, die eine Temperatur von etwa 250° 0 nicht überschreiten sollen, eine Wärmemenge bis zu 40 v. H. des Brennstoffheizwertes haben. Zudem äußert sich eine hohe Kesselleistung nicht nur in einem schlechteren Wirkungsgrad, sondern auch in einem starken Schwanken der Dampfspannung, sowie in einer ungünstigen Beanspruchung der Kesselbleche. Die Instandhaltungskosten werden namentlich bei Verwendung von geringwertigen Brennstoffen dadurch nicht unwesentlich erhöht. Die Größe einer jeden Kesselanlage soll stets in richtigem Verhältnis zu der geforderten Dampfmenge stehen, und man sollte bei einem Mehrbedarf an Dampf sich nicht vor einer Erweiterung der Kesselanlage scheuen. Die sachgemäß geleitete Überwachung einer Kesselanlage hat sich hauptsächlich auf die richtige Belastung der Rost- und Heizfläche (auf die Bedienung und die Beschaffenheit des Rostes auf den richtigen Wasserstand im Kessel, die richtige Beschaffenheit des erzeugten Dampfes), sowie auch auf die auftretenden Wärmeverluste zu erstrecken. Die Höhe der Brennstoffschicht muß zur Zugstärke der jeweiligen Kesselleistung entsprechend stets das richtige Verhältnis haben, d. h. bei größeren Leistungen muß im allgemeinen sowohl die Zugstärke wie auch die Schichthöhe gleichzeitig vergrößert werden, bei zeitweiliger Einschränkung des Betriebes dagegen muß nicht nur die Schichthöhe und die Zugstärke verkleinert werden, sondern es muß auch, wenn die Schichthöhe zu niedrig geworden ist, die Rostanlage teilweise abgedeckt werden, weil sonst bei einem unregelmäßigen Abbrennen der Kohle Teile des Rostes frei werden, durch die kalte, überschüssige, die Anfangstemperatur der Heizgase herabsetzende Luft eintreten kann. Bei Kesseln mit mehreren Feuerungen sollten die einzelnen Rostanlagen nicht, wie es häufig der Fall ist, unmittelbar hintereinander abgeschlackt und mit Kohle beschickt werden, um nicht kalte Luft in allen Feuerunganlagen fast zu gleicher Zeit gelangen zu lassen, sondern es sollte stets nach Beschickung der einen Rostanlage eines Kessels erst die entsprechende Feuerung des zweiten Kessels bedient werden und erst dann, wenn der Brennstoff auf dem

Brennstoffe.

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ersten Eoste gut durchgebrannt ist, sollte das Aufschütten der anderen Eostanlage vorgenommen werden. Denn die neu aufgebrachte Brennstoffschicht, die im übrigen im Vergleich zu der auf der Eostanlage befindlichen nicht zu groß sein darf, und zwar muß sie um so kleiner sein, j e gasreicher die Kohle ist (im allgemeinen etwa im Verhältnis 1 : 8 ) , muß zunächst durch die darunter liegende Schicht auf eine Temperatur gebracht werden, in der eine Verbindung des Brennstoffes mit dem Sauerstoff der Luft stattfindet. Im Interesse eines geregelten wirtschaftlichen Kesselbetriebes und zur Erreichung eines möglichst geringen Dampfpreises ist es ratsam, von der Achtsamkeit bzw. Unaufmerksamkeit des Bedienungspersonales möglichst unabhängig zu sein und in weitgehendstem Maße für die Bedienung und Betriebskontrolle der Anlage selbsttätige Vorrichtungen anzuordnen, zumal durch solche Maßnahmen trotz gesteigerter Leistung das Bedienungspersonal entlastet bzw. an Personal und daher auch an laufenden Betriebskosten gespart werden kann, und fortlaufende Aufzeichnungen der Eegistrierapparate ein wahrheitsgetreues Betriebsbild der jeweiligen Arbeitsweise der Anlage ergeben. D a diese zeichnerischen Darstellungen jederzeit Nachprüfungen desBetriebeis in jedem Zeitabschnitt gestatten, so kann durch sie unter anderem leicht festgestellt werden, ob die Anlage stets richtig bedient und ordnungsgemäß instand gehalten worden ist, so daß sie'gleichzeitig auch erzieherisch auf das Bedienungspersonal wirken. F ü r die Feuerungsanlage kommen hauptsächlich in F r a g e : 1. 2. 3. 4.

Brennstoffmeß Vorrichtungen, selbsttätige Eostbeschickungseinrichtungen, Eauchgasanalysatoren, Meßeinrichtungen für die Temperatur der Abgase und des Zuges im Schornstein, 5. selbsttätige Zugregelung.

Die Brennstoffmeß Vorrichtungen sollen feststellen, wieviel Brennstoff in der Zeiteinheit der Feuerungsanlage zugeführt wird (z. B. durch aufeinanderfolgende selbsttätige Wägungen mittels selbstregistrierender Wagen), und ferner sollen sie den Verbrauch zeichnerisch festlegen, um an Hand dieser Aufzeich-

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Betriebsstofle.

nungen zu jedem Zeitpunkt ein Betriebsbild über die aufgewendete Brennstoffmenge zu geben, damit der Bedarf beaufsichtigt und bei plötzlichem Mehrverbrauch sofort naoh der Ursache geforscht werden kann. Durch die selbsttätigen Kostbeschickungseinrichtungen wird eine nicht unwesentliche Ersparnis an Menschenkraft und auch an laufenden Bedienungskosten ermöglichst, und zwar namentlich bei größeren Dampfkraftanlagen, wenn es sich um die Bedienung mehrerer Kessel handelt. Es wird nicht nur die selbsttätige Beschickung des Rostes und durch gleichmäßiges Aufschütten z. B. vermittels feinstufiger Wurfapparate oder durch Unterschubfeuerungen der Brennstoffverbrauch in strenger Zeitfolge der Kesselleistung entsprechend geregelt — erfahrungsgemäß ist der Brennstoffverbrauch um so höher, je -mehr das richtige Arbeiten der Feuerung von der Bedienung abhängt —, sondern es wird auch der Brennstoff auf der Eostanlage gleichmäßig verteilt. Da der Verbrennungsvorgang auf dem ganzen Roste nahezu derselbe sein muß, so ist eine durchweg möglichst gleiche Schütthöhe, die z. B. bei Steinkohle je nach der Kohlenart 80 bis 200 mm bei natürlichem Zuge beträgt, für eine gute wirtschaftliche Ausnutzung des Brennstoffes von größtem Werte. Außerdem läßt sich bei Anwendung selbsttätiger Rostbeschickungseinrichtungen das Aufmachen der Feuertüren und dadurch das mit Wärmeverlusten verbundene Eintreten kalter Luft oberhalb der Verbrennungsschicht vermeiden, und bei gleichmäßiger Dampfentnahme ist eine Änderung der zuzuführenden Luftmenge, wie es sonst nach jeder Beschickung von Hand erforderlich ist, nicht notwendig, so daß auch weniger leicht Fehler in der Zuführung der zweckmäßigsten Luftmenge gemacht werden können. Gegenüber einer Beschickung der Feuerungsanlage von Hand, die namentlich beim Planroste eine große Geschicklichkeit erfordert, kann durch eine selbsttätige Beschickungseinrichtung der Brennstoff bis zu 10 vi H. besser ausgenutzt werden. Durch Anordnung geeigneter selbsttätiger Feuerunganlagen lassen sich im übrigen auch minderwertige Kohlen, wie „Feinkohle" oder „Schlammkohle" oder auch sehr schlackenreiche Kohle, die wegen ihres geringen Preises Mahlkosten gut vertragen können, so zweckmäßig verfeuern, daß nicht unerhebliche Ersparnisse im Dampfpreis erzielt werden. Es ist aber ein großer Irrtum

17

Brennstoffe.

wena — wie es oft der Fall ist — angenommen wird, daß bei Kesseln mit selbsttätiger Beschickung eine weniger gut geschulte und einsichtige Bedienung erforderlich ist, es müssen vielmehr auch bei diesen Anlagen mit den Verbrennungsvorgängen nur durchaus vertraute Heizer verwendet werden, weil die Wurffeuerung bei stets richtiger Zugstärke den jeweiligen Kesselleistungen und der Art und Stückgröße des Brennstoffes angepaßt und die Vorschubgeschwindigkeit bei Unterschubfeuerungen stets im richtigen Verhältnis zur Aufgabevorrichtung eingestellt' sein muß. Fortlaufende chemische Untersuchungen der Rauchgase durch selbsttätig arbeitende Analysatoren geben einen zuverlässigen Aufschluß über die Verbrennungsvorgänge auf dem Roste, indem sie selbsttätig den Gehalt an Kohlendioxyd bestimmen und das Ergebnis zeichnerisch festlegen. Hierdurch kann zu jedem Zeitpunkt festgestellt werden, ob Verbrennungsluft in richtiger Weise zugeführt worden ist, und es kann auf diese Weise unzweifelhaft nachträglich ein sicherer Rückschluß auf die Sorgfalt und Geschicklichkeit des Bedienungspersonales gezogen werden. Unter normalen Verbrennungsbedingungen soll z. B. bei guten Steinkohlen der Gehalt an Kohlendioxyd 10 bis 12 v. H. betragen. Ist der Kohlendioxydgehalt weniger als 10 v. H., dann hat die Feuerung eine zu große Menge Luft — ein zu großer Luftüberschuß begünstigt eine unvollkommene Verbrennung, indem er die Anfangstemperatur herabdrückt —, beträgt er dagegen mehr als 12 v. H., eine zu kleine Luftmenge zugeführt bekommen, was ebenfalls Qine unvollkommene Verbrennung, nämlich eine solche zu Kohlenoxydgas, .zur Folge hat. Die bei einer bestimmten Kesselleistung für jeden Brennstoff und jede Rostanlage zur Erzielung einer möglichst vollkommenen Verbrennung bei höchster Temperatur der Verbrennungsprodukte erforderliche bestimmte Luftmenge beträgt etwa das 1,2- bis 2,0-fache der theoretischen und ist durch praktische Versuche (u. a. aus dem Aussehen der Brennstoffschicht, der Farbe der Flammen, der entwickelten Rauchmenge) mittels Einstellung des Zugschiebers leicht zu ermitteln. Abb. 1 zeigt, in welchem Maße bei einer gewöhnlichen Planrostfeuerung die im Brennstoff enthaltene Wärme bei Abweichung von der günstigsten Luftmenge unvollkommener ausgenutzt wird. Auf der wagerechten Achse ist S c h m i d t , Wirtschaftlichkeit In techn. Betrieben.

2

18

Betriebsstoffe.

das Vielfache der benötigten Luftmenge, auf der senkrechten die- Ausnutzung der im Brennstoff enthaltenen Wärme durch den Kussel in Prozent dargestellt. Bei der theoretischen Luftmenge (Luftzuführung 1) beträgt die Ausnutzung wegen unvollkommener Verbrennung nur 58 v. H., bei einem Luftüberschuß von 50 v. H. (1,5-fache Luftzuführung) hat sie den höchsten Wert von 70 v. H. erreicht, und bei einer weiteren Steigerung der Luftmenge nimmt sie wegen der in der größeren Abgasmenge enthaltenen großen Menge an Wärme allmählich wieder ab. t

Um den Kesselheizer anzuhalten, stets auf eine gute Verbrennung zu achten, d. h. den Zugschieber der jeweiligen Belastung entsprechend einzustellen, empfiehlt es sich, ihm eine besondere Vergütung zu zahlen, wenn er während eines Betriebstages die günstigste Luftzuführung eingehalten hat. Besonders schwierig ist die richtige Einstellung der Luftzuführuhg bei Verwendung schlackenreicher Kohle, weil die erforderliche Luftmenge mit dem Grade der Verschlackung sich nicht unwesentlich ändert. Je weiter beispielsweise die Verschlackung vorgeschritten ist, um so weiter muß beim Planroste der Zugschieber geöffnet werden. Die für die jeweilige Verbrennung erforderliche Zugstärke und damit die Geschwindigkeit der Verbrennungsgase in den Heizzügen, die so groß sein soll, daß sich die Heizgase auf dem Wege zum Schornstein von etwa 1200° C auf rund 250° C abkühlen, kann durch Zugmesser einfachster Art — z. B. durch ein U - f ö x m i g gebogenes, zum Teil mit gefärbtem Wasser angefülltes kleines Glasröhrchen, dessen einer Schenkel mit dem Schornstein in Verbindung steht — oder durch selbsttätig aufzeichnende Zugmesser ständig beobachtet werden. Im unteren

Brennstoffe.

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Teil des Schornsteins soll die Zugstärke bei einer -Temperatur der Abgase von 250° C und einer Lufttemperatur von 20° C im allgemeinen etwa 15 mm Wassersäule betragen. Die Temperatur der Abgase kann durch eingeschaltete, selbstaufzeichnende Thermometer (Stickstoffthermonreter, elektrische Pyrometer) jederzeit festgestellt werden. Neben der Überwachung der Feuerungsanlage ist für einen wirtschaftlichen Kesselbetrieb auch die ständige Messung des Speisewassers und des erzeugten Dampfes von Nutzen. Durch Einschalten von Wassermeßeinrichtungen ist es möglich, den Verbrauch an Speisewasser in jedem Betriebsabschnitt und damit unter Berücksichtigung der zur Verdampfung benötigten Brennstoffmenge die Verdampfungsziffer festzustellen, d. h. es läßt sich so leicht errechnen, wieviel kg Dampf von bestimmtem Zustand durch'Verbrennen von 1 kg Brennstoff erzeugt werden können. Außerdem kann zur Prüfung durch Anordnung von besonderen, registrierenden Dampfmessern in jedem Augenblick die gesamte erzeugte Dampfmenge ermittelt werden. Diese Mengen werte lassen sich durch die Registriervorrichtungen, die sowohl in dem betreffenden Heizraum wie auch in anderen Bäumen (Betriebsbureau) aufgestellt sein können, zeichnerisch darstellen. Auf Grund dieser Aufzeichnung kann auf ein richtiges oder falsches Arbeiten der .Kesselanlage, auf Mängel am Kessel selbst oder an den Kohrleitungen, auf unrichtige Wartung des Bedienungspersonals oder auch auf eine Minderwertigkeit des Brennstoffes geschlossen werden. • Von den auftretenden Wärmeverlusten in den unverkennbaren Gasen, durch Strahlung, Leitung oder durch Ansammlung von Flugasche auf der Heizfläche sind die in den Abgasen enthaltenen bei den meisten Kesselanlagen die größten; sie betragen 15 bis 25 v. H. der Brennstoffwärme. Im Interesse der Wirtschaftlichkeit der Kesselanlage ist es daher von Wichtigkeit, die Anlage nicht nur zweckmäßig und gut zu isolieren und regelmäßig wiederkehrende ßeinigungs- und Instandsetzungsarbeiten (Ausbesserungsarbeiten am Feuerraum, an der Rostanlage, der Kesseleinmaurung, u. a. m.), sowie Beseitigung von Kesselstein- und Schlammbildungen (wöchentliches Abblasen des Kessels) und der Flugasche an den Heizflächen vorzunehmen, sondern vor allem auch geeignete Maßnahmen zu treffen, die sogenannte Abfallwärme nach Möglichkeit 2*

20

Betriebsstoffe.

noch irgendwie nutzbar zu machen. Namentlich setzen Kesselstein, Flugasche und Schlamm als schlechte Wärmeleiter den Wärmedurchgang nicht unwesentlich herab und führen dadurch oft eine recht erhebliche Verringerung der Kesselleistung herbei. Bei undichtem, die Heizzüge umgrenzendem Mauerwerk (undichte Fugen, Spalten, poröse Mauersteine) kann sogenannte falsche Luft von außen in die Züge, in denen bei dem allgemein gebräuchlichen Saugzug ein geringerer Luftdruck als im Kesselhause herrscht, eintreten, die sich dann mit den Heizgasen vermischt und eine die Wärmeübertragung nicht unerheblich beeinträchtigende Temperaturverminderung herbeiführt. In den meisten Fällen wird sich ein großer Teil der in den abziehenden Heizgasen noch steckenden ausgiebigen Wärmemenge durch Einschalten eines ßauchgasvorwärmers ausnutzen lassen, indem das durch einen solchen von den warmen Abgasen geheizten Vorwärmer fließende Kesselspeisewasser einen erheblichen Teil, der Flüssigkeitswärme bereits vor dem Eintritt in den Kessel erhält, und zwar lassen sich bei Abkühlung der Abgase um 150° C, wenn für jeden Grad der Abkühlung eine Steigerung der Speisewassertemperatur in einem Vorwärmer im Mittel von etwa 0,55° C angenommen wird, eine Temperaturerhöhung des Speisewassers um 150- 0,55 == 82,5 0 C erzielen, d. h. die Brennstoffwärme um 7 bis 8 v. H. noch verwerten und der Kesselwirkungsgrad auf 85 v. H. verbessern. Oder es lassen sich die abziehenden Heizgase noch in einem eingeschalteten Wasserdestillierapparat,-- für- Lufterhitzung oder für ähnliche Zwecke — vor allem ohne jede Vermehrung der Lohnausgaben — nutzbringend verwerten. Hierbei ist besonders auf einen guten spezifischen Wärmedurchgang durch den Heizkörper zu achten, damit das zur Durchleitung der Wärme erforderliche Wamegefälle möglichst gering und die Ausnutzung der Abwärme möglichst groß wird. Welcher Nutzen z. B. bei einem mit vorgewärmtem Wasser von 95 0 C gespeisten Kessel gegenüber einer Anlage vorliegt, bei der das eingeführte Speisewasser eine Temperatur von nur 15° C hat, zeigt folgende Überlegung. Wird in einer Kesselanlage Dampf von 10 Atm. absolut erzeugt, dann wird für 1 kg Dampf bei einer Speisewassertemperatur von 15° C, da für jeden Grad, um den das Wasser dem Kessel wärmer zugeführt wird, ~ 1 W E weniger für die Dampferzeugung er-

Brennstoffe.

21

forderlich ist, eine Gesamtwärme von rund 666 — 15 = 651 WE, bei einer Temperatur des Speisewassers von 95° C dagegen von nur 666 — 95 = 571 WE benötigt, was einer Ersparnis von 80 WE oder

~ 12 v. H. entspricht. Arbeitet dieser Dampf von 615 10 Atm. absolut in einer Dampfkraftanlage von 200 PSn, die für 1 PSn-st 1,3 kg Kohle braucht, dann werden durch die Vorwärmung

des Speisewassers auf95°C für 1 PSn-st 1,8-12 • ^

= 0,156 kg

oder für 200 PSn bei 300 Arbeitstagen von 11-stündiger Betriebszeit 300 • 11 • 200 - 0,156 = 102960 kg Kohle im Jahre gespart. Bei einem Kohlenpreis von nur 17 Jl für die Tonne bedeutet das eine jährliche Ersparnis von 17 • 102,96 ~ 1750 Jl. Welchen schädigenden Einfluß das Ansetzen eines schlechten Wärmeleiters wie Flugasche, Schlamm u. a. bei einem Vorwärmer haben kann, zeigt allein die Tatsache,- daß nach Reinigung einer solchen Anlage die Temperatur des austretenden Wassers um 40 bis 50° C erhöht werden konnte, was einer monatlichen Kohlenersparnis von etwa 5 Tonnen oder bei einem Preis von \1 JH für die Tonne einer jährlichen Ersparnis von 17-12-5 = 1020 Jl entsprach. In einem anderen Falle konnten lediglich durch eine gründliche Reinigung und durch Instandsetzung der Einhüllung und der Ausmauerung der Kesselanlage eines Betriebes von etwa 7000 qm Heizfläche bei gleicher Leistung rund 350 qm Heizfläche stillgelegt, d. h. gespart werden. Neben der für einen wirtschaftlichen Kesselbetrieb zweckmäßigen Anordnung von selbsttätigen Bedienungs- und Prüfeinrichtungen, durch die bei guter Wärmewirtschaft eine Steigerung der Leistung und eine verminderte Lohnausgabe erzielt wird, ist es ratsam, in bestimmten Zeitabschnitten sogenannte, zum Teil bereits erwähnte Zwischenversuche, denen heutzutage immer noch zu wenig Wert beigelegt wird, vorzunehmen zum Zwecke der Feststellung von: 1. der Verdampfungsziffer, d.h. der Anzahl kg Dampf, die 1 kg Brennstoff in der betreffenden Kesselanlage erzeugt; 2. der stündlichen Dampfleistung auf 1 qm Heizfläche, die bei Großwasserraumkesseln z. B. zwischen 18 und 28 kg, bei Wasserrohrkesseln etwa zwischen 20 und 30 kg und mehr liegt;

22

Betriebsstoffe.

3. der stündlichen Beanspruchung von 1 qm Rostfläche; 4. des Kesselwirkungsgrades, als Maßstab für die Brennstoffausnutzung, d. h. des Verhältnisses der in Gestalt von Wasserdampf herausgeholten Wämemenge zu der. in Form von Brennstoff hineingeschickten Wärme; 5. des Dampfpreises, d. h. der'Brennstoffkosten, die auf die Erzeugung einer bestimmten Dampfmenge (z. B. 1 kg) entfallen. Die jeweils gefundenen Werte sind dann mit den AbnahmeVersuchsergebnissen zu vergleichen, und bei Abweichung sollte sofort den Ursachen nachgegangen und gegebenenfalls Betriebsfehler möglichst umgehend, spätestens jedoch in der nächsten Betriebspause beseitigt werden. In ähnlicherWeise wie in betriebswirtschaftlicher Hinsicht mit den festen Brennstoffen verfahren werden muß, ist es auch bei der Verwendung von gasfömigen und flüssigen Brennstoffen sowohl für Dampfkesselbetrieb als auch für Verbrennungskräftmaschinen zu handhaben: stete gute Beobachtung über den möglichst sparsamen Verbrauch, gute wärmetechnische Ausnutzung, ständige Prüfung des Heizwertes, der ebenfalls den Preis mitbestimmen sollte, sowie regelmäßig vorzunehmende Feststellung der Charakteristik (Elementarzusammensetzung).

b) Wasser. Überall, wo in einem Betriebe Wasser in größeren Mengen verbraucht wird — als Kesselspeisewasser oder für Kühl- oder andere Zwecke —, sollten ebenfalls in ausgiebigem Maße Meß • und Aufschreibevorrichtungen (in die Rohrleitung eingeschaltete Venturi-Düsen, geeichte Flügelrad-Wassermesser oder Überfallgefäße, mit denen mittels einfacher Formeln die durchfließende Wassermenge sich leicht errechnen läßt, oder ähnliche Apparate) angeordnet werden, um die verbrauchte Menge jederzeit feststellen und mittels zeichnerischer Darstellung den Verbrauch in jedem Zeitabschnitt nachprüfen zu können. Bei Unregelmäßigkeiten sollte sofort den Ursachen nachgegangen werden, — ob sie auf die Unachtsamkeit des Bedienungspersonals, auf fehlerhaftes Arbeiten der maschinellen Einrichtung u. a. m, zurückzuführen sind — , damit Betriebsfehler schnell behoben werden können, denn auch ein Verlust an Betriebswasser beeinträchtigt das

Wasser.

23

wirtschaftliche Ergebnis eines Betriebes und zwar natürlich um so mehr, je größer die Kosten seiner Beschaffung sind. Ist bei einer nach dem Dieselverfahren arbeitenden Verbrennungskraftmaschine von 750 PSn der Verbrauch an Kühlwasser 34 1 für 1 PSn st, und beträgt der Preis für r cbm Wasser nur 2 dann belaufen sich bei 300 Betriebstagen von je 22 Stunden allein die jährlichen Betriebskosten für das Wasser auf 300 • 22 • 750 • 0,034 -2 = 336 600 3p = 3366 M. Läßt sich eine Verminderung des Wasserverbrauches ermöglichen, dann sollte sie auch stets vorgenommen werden. So läßt sich z.B. der Wasserverbrauch für Verdampfungszwecke jeglicher Art leicht durch Rückspeisung niedergeschlagenen entölten Dampfwassers, das als Speisewasser außerdem den Vorzug einer höheren Temperatur besitzt, ferner der Verbrauch an Kühlwasser durch Anordnung von Riickkühlanlagen und Wiederverwendung des gekühlten Wassers vermindern. Braucht beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine von 1200 PSn 401 Kühlwasser für 1 PSn-st und beträgt der Preis in Gegenden, in denen Wassermangel herrscht, 5 3p je cbm, so ergeben sich die jährlichen Kühlwasserkosten bei 300 Betriebstagen zu je 22 Stunden zu: 300 • 22 • 1200 • 0,04 -5 = 1584000 3p = 15840 Jl. Stellt sich bei Anwendung einer Kückkühlanlage unter Berücksichtigung des Wasserverlustes der Preis von 1 cbm Wasser auf 2 3p, dann betragen die jährlichen Betriebskostenersparnisse 1584000 - 300-22-1200 -0,01- 2 = 1584000-633600 = 950400 .fß = 9504 Jl.

'

Es sollte ferner nie unterlassen werden, da, wo das Wasser für den betreffenden Betrieb eine ungeeignete Beschaffenheit hat, d. h. nicht ganz stein- und schlammfrei und — wenn auch nur feine — mechanische Beimengungen hat, das Wasser durch Klärung, Filtrierung oder durch chemische Behandlung (Enteisenung und Enthärtung) seinem Zweck entsprechend (für Kesselspeisung, Kühlung für Verbrennungskraftmaschinen, für Kompressoren, für Kondensatorkühlung u. a. m.) gut zu reinigen, damit die Stoffe, mit denen das Wasser in Berührung kommt, nicht angegriffen und Betriebsstörungen und Ausbesserungen sowie ein frühzeitiger Verschleiß nach Möglichkeit vermieden

2,4

Wärmekraftmaschinen.

werden. Für die Kühlung von Zylindermänteln wird beispielsweise zweckmäßig nur weiches Wasser, das durch Rückkühlung gegebenenfalls mit etwas Frischwasserzusatz ständig wieder verwendungsfähig ist, genommen werden, da sich bei hartem Wasser in den Kühlmänteln Kesselsteinansatz bilden kann, der zur Verringerung des Durchflußquerschnittes und zur Wärmedurchgangsverminderüng, also zur Gefährdung der notwendigen Kühlwirkung führt. Bei Dampfkesseln können durch ungeeignete Beschaffenheit des Speisewassers ebenfalls Kesselstein- und Schlammbildungen die Folge sein, die nicht nur eine Verschlechterung des Wärmeüberganges verursachen, sondern auch Ausbeulungen, Überhitzungen und Anrostung der Kesselbleche sowie Verstopfungen der Armaturen und der Speiseleitungen, also Betriebsstörungen und Wiederinstandsetzungskosten, d. h. eine Vermehrung der Betriebsunkosten hervorrufen können. Insbesondere können Ausbeulungen eine solche Schwächung der Blechstärke zur Folge haben, daß die Betriebssicherheit der Kesselanlage gefährdet wird.

3. Wärmekraftmaschinen. A. Dampfmaschinen. In den Wärmekraftmaschinen muß die teilweise Umsetzung des Wärmeinhaltes des in den Dampfkesseln durch Verfeurung von Brennstoffen erzeugten Wasserdampfes in mechanische Energie — in Kolbendampfmaschinen durch unmittelbare Entspannung des Dampfes im Zylinder, in Dampfturbinen durch Umwandlung des Druckes in Strömungsenergie — ebenfalls stets nach den Gesetzen der Wirtschaftlichkeit erfolgen, d. h. es muß der stündliche Dampfverbrauch für die Leistungseinheit stets der jeweils günstigste sein. Dieser günstigste Dampfverbrauch, der bei neuen Anlagen auch als Dampfgarantie bezeichnet wird, soll nach Möglichkeit immer eingehalten und durch streng durchgeführte, regelmäßig vorzunehmende Versuche geprüft werden. Bei jeder Dampfkraftanlage ist es zunächst von Wichtigkeit, stets dafür Sorge zu tragen, daß die Bohrleitungen zwischen Dampikessel und Wärmekraftmaschine einerseits und gegebenenfalls zwischen Dampfmaschine und Kondensator andererseits,

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Wärmekraftmaschinen.

werden. Für die Kühlung von Zylindermänteln wird beispielsweise zweckmäßig nur weiches Wasser, das durch Rückkühlung gegebenenfalls mit etwas Frischwasserzusatz ständig wieder verwendungsfähig ist, genommen werden, da sich bei hartem Wasser in den Kühlmänteln Kesselsteinansatz bilden kann, der zur Verringerung des Durchflußquerschnittes und zur Wärmedurchgangsverminderüng, also zur Gefährdung der notwendigen Kühlwirkung führt. Bei Dampfkesseln können durch ungeeignete Beschaffenheit des Speisewassers ebenfalls Kesselstein- und Schlammbildungen die Folge sein, die nicht nur eine Verschlechterung des Wärmeüberganges verursachen, sondern auch Ausbeulungen, Überhitzungen und Anrostung der Kesselbleche sowie Verstopfungen der Armaturen und der Speiseleitungen, also Betriebsstörungen und Wiederinstandsetzungskosten, d. h. eine Vermehrung der Betriebsunkosten hervorrufen können. Insbesondere können Ausbeulungen eine solche Schwächung der Blechstärke zur Folge haben, daß die Betriebssicherheit der Kesselanlage gefährdet wird.

3. Wärmekraftmaschinen. A. Dampfmaschinen. In den Wärmekraftmaschinen muß die teilweise Umsetzung des Wärmeinhaltes des in den Dampfkesseln durch Verfeurung von Brennstoffen erzeugten Wasserdampfes in mechanische Energie — in Kolbendampfmaschinen durch unmittelbare Entspannung des Dampfes im Zylinder, in Dampfturbinen durch Umwandlung des Druckes in Strömungsenergie — ebenfalls stets nach den Gesetzen der Wirtschaftlichkeit erfolgen, d. h. es muß der stündliche Dampfverbrauch für die Leistungseinheit stets der jeweils günstigste sein. Dieser günstigste Dampfverbrauch, der bei neuen Anlagen auch als Dampfgarantie bezeichnet wird, soll nach Möglichkeit immer eingehalten und durch streng durchgeführte, regelmäßig vorzunehmende Versuche geprüft werden. Bei jeder Dampfkraftanlage ist es zunächst von Wichtigkeit, stets dafür Sorge zu tragen, daß die Bohrleitungen zwischen Dampikessel und Wärmekraftmaschine einerseits und gegebenenfalls zwischen Dampfmaschine und Kondensator andererseits,

Dampfmaschinen.

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sowie auch andere Dampfrohrleitungen einschließlich der Flanschen, Absperrteile, Stopfbüchsen xt. a. vollkommen dicht sind. Undichtigkeiten sollten nach dem heutigen. Stande der Technik überhaupt nicht mehr vorkommen. Nie sollte man mit Packungsmitteln sparen und alte, unbrauchbare zum Abdichten verwenden. Vor allem gilt das von der Dampfleitung der Kondensationsmaschinen — namentlich der gegen eine Erhöhung des Gegendruckes außerordentlich empfindlichen Dampfturbinen —, weil hier eintretende Luft den Unterdruck verschlechtert, was mit einem Energieverlust gleichbedeutend ist, denn je schlechter der Unterdruck ist, um so kleiner wird das ausnutzbare Drückbzw. Wärmegefälle, und damit vergrößert sich auch bei gleicher Leistung der Dampf-, und Kohlenverbrauch. Außerdem steigt dadurch auch der Energieverbrauch der Kondensatorluftpump'en. Mit der Zunahme des Gegendruckes um 1 v. H. kann bei den Dampfturbinen ein Mehrverbrauch an Dampf bis zu 4 v. H., bei den Kolbendampfmaschinen von rund 0,45 v. H. angenommen werden. Aber auch bei vollkommen dichten Rohrleitungen werden Verluste an Wärme (Verdampfungswärme) und Dampfdruck auftreten. Im Interesse eines wirtschaftlichen Betriebes müssen auch diese Energieverluste nach Möglichkeit eingeschränkt werden und zwar hauptsächlich dadurch, daß nicht nur die Rohrleitungen eine sorgfältige und wirksame Einhüllung aus Asbest- oder Kieselgurmasse erhalten, sondern daß auch, was heutzutage immer noch nicht recht gewürdigt wird, die Rohrflanschverbindungen und Ventilgehäuse mit ihrer großen, wärmeabgebenden Oberfläche gut eingekapselt sind. Namentlich sollte der Flanschenumhüllung viel größere Bedeutung beigelegt werden, als dies bisher in der Praxis geschah, und es sollte jede schadhafte Stelle in der Einhüllungsmasse der Rohr- und Flanschenleitung stets sofort beseitigt werden. Die Wichtigkeit eines guten Wärmeschutzes des Dampfleitungsnetzes erhellt unter anderem auch daraus, daß durch die Ausstrahlung der Wärme an die Umgebung bei gesättigtem Wasserdampf ein Teil der Verdampfungswärme dem Dampf entzogen wird, was ein Niederschlagen eines entsprechenden Teiles des Dampfes zur Folge hat. Ganz abgesehen von diesem Wärmeverlust kann das schädliche Niederschlagwasser auch Heizflächen unwirksam machen und Dampfmaschinen gefährden, weshalb auf jeden Fall neben einer wirk-

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Wärmekraftmaschinen.

3,16 6,59 12,94 13,04 3,15 6,50 13.05 3,20 6,48 13,10

134,5 161,6 190,4 190,7

0

C

l qm Leitungs- [ Oberfläche und 1° C Tem- | peraturgefälle ' j

C

Temperaturgefälle zwischen Dampf und Luft

Mittlere Lu fttemperatur 0

1 qm Leitungsoberfläche abzüglich Flüssigkeitswärme

C

1 m Rohrleitung ausschließlich Flüssigkeitswärme

0

Niederschlagswasser für 1 m Leitung in 1 Stunde

kg/qcm

Dampftemperatur

Absolute Dampfspannung

samen Bekleidung der Rohrleitungen mit hitzebeständiger Einhüllungsmasse für eine gute Entwässerung und Rückgewinnung des heißen Niederschlagwassers durch Vermischen mit dem kalten Speisewasser, dessen Temperatur es gleichzeitig erhöht, Sorge getragen werden muß. Besondere Sorgfalt ist hierbei auf das ordnungsgemäße 'Arbeiten der selten dicht haltenden selbsttätigen Wasserabscheider (Kondenstöpfe) zu verwenden, die schon bei verhältnismäßig geringen Dampfgeschwindigkeiten keine vollständige Entwässerung bewirken und in vielen Betrieben in versteckten und schwer zugänglichen Winkeln ein unbeachtetes Dasein, führend nicht selten einen ganz bedeutenden Wärmeverlust verursachen. Welchen Einfluß die Umhüllung der Rohrleitungen und Flanschen auf die Wärmeersparnis hat, zeigt der Versuch, der im Auftrage des Vereins deutscher Ingenieure in der dampftechnischen Versuchsanstalt des Bayerischen Revisionsvereins in München vorgenommen wurde.*) Bei einer Rohrleitung von 26,6 m Länge und 70 mm lichter Weite mit 6 Flanschen waren bei ruhendem gesättigten Wasserdampf die Ergebnisse wie folgt: _

kg

WE

WE

WE

a) bei unverkleideter Leitung 117,9 389,9 16,6 0,761 17,2 144,4 1,051 517,3 1,353 638,0 24,5 165,9 660,2 27,7 169,0 1,401

1540 2043 2520 2618

13,1 14,1 15,2 15,4

b) bei umhüllter Leitung mit unverkleideten Flanschen 115,6 3,8 0,226 134,5 14,7 119,8 456,6 564,4 3,9 0,291 142,9 161,1 16,1 145,0 739,0 0,397 187,3 18,0 172,7 190,7 .4,3 c) bei umhüllter Leitung und verkleideten Flanschen 412,6 104,5 117,5 0,205 . 135,0 17,5 555,3 140,6 141,5 0,285 161,0 19,5 663,9 168,1 0,357 23,0 190,9 167,9

*) Z. d. V. d. I. 1908 Nr. 13.

3,5 3,9 4,0

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Dampfmaschinen.

Bei verkleideten Rohrleitungen ohne Flanschenumhüllung kann man je nach Art der Umhüllungsmasse für. Temperaturgefälle zwischen Dampf und Luft von 100 bis 200° C gegenüber der unverkleideten Leitung eine Wärmeersparnis bis zu 83 v. H.; bei vollständig umhüllten Leitungen einschließlich der Flanschen sogar bis zu 88 v. H. annehmen. Der Versuch hat ferner den Wärmeverlust eines nicht eingehüllten Ventiles voil 70 mm lichtem Durchmesser ohne das zugehörige Flanschenpaar bei einem Temperaturgefälle zwischen Dampf und Luft von 100 bis 200° C wie folgt ergeben: Temperaturgefalle zwischen Dampf und Luft

Stündlicher Wärmeverlust des Absperrteiles

Länge des unverkleideten Rohres von 70 mm innerem Durchmesser und gleichem WärmeverluBt

WE 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

255 300 350 400 450 500 555 613 675 742 816

0,87 0,91 0,94 0,95 0,97 0,97 0,98 0,98 0,98 0,97 0,97

Der Wärmeverlust dieses nicht eingehüllten Absperrteiles entsprach also angenähert dem Verlust eines etwa 1 m langen unverkleideten Rohres von gleichem Durchmesser. Ist t. — ta der Temperaturunterschied zu beiden Seiten der Rohrwandung und k die Wärmedurchgangszahl, d. h. die Zahl von Wärmeeinheiten, die in der Stunde bei einem Temperaturgefällfe zwischen Dampf und Luft von 1 0 C durch 1 qm der Rohrwand hindurchgeht, und die für den Wärmeübergang von Wasserdampf in Luft durch eiserne Wandungen bei unverkleideter Rohrleitung für Temperaturgefälle von 100 bis 200° C nach Eberle zu 12 bis 16 und bei vollständig eingehüllten Rohren einschließlich der Flanschen und Absperrteile zu 2,2 bis 2,4 und ohne Verhüllung

28

Wärmekraftmaschinen.

der Flanschen und Absperrteile zu 3,2 bis 3,4 angenommen werden kann, dann ergibt sich die in einer bestimmten Zeit durch die Eohrwandung hindurchgehende Wärmemenge zu Q = S'k-F (t. — QWE. Hierin bedeutet s die Zeit in Stunden, F die ausstrahlende Fläche in qm, t( — ta der Temperaturunterschied und k die Wärmedurchgangszahl. Strömt beispielsweise durch eine Rohrleitung Dampf von 8 Atm. Überdruck und ist die Außentemperatur 15° C, dann geht durch 1 qm Rohrfläche bei unverkleideten Rohren in einer Stunde anWärme verloren; Q = . 1 • 14 • 1 .(174,4 - 15) = 2232 W E ; bei umhüllter Leitung und unverkleideten Flanschen nur Q = 1 • 3,3 • 1 -(174,4 — 15) = 526 WE und bei vollständig eingehüllter Rohrleitung einschließlich der Flanschen dagegen nur: Q = 1 • 2,3• 1 '(174,4 — 15) = 367 WE. Da die Verdampfungswärme des Dampfes von 8 Atm. Überdruck 488 W E für 1 kg beträgt, so ergibt die durch Ausstrahlung verlorengegangene Wärme eine Niederschlagwassermenge bezogen auf 1 qm Rohroberfläche in der Stunde von 2232 = 4,9 kg bei unverkleideten Rohren, bei Anordnung einer 488 guten Einhüllung der Leitung ausschließlich der Flanschen von 526 -—• = 1,1 kg und bei vollständig verkleideter Rohrleitung da488 367 gegen nur von ^ = 0,75 kg. Hat eine 300 m lange Rohrleitung mit 60 Flanschen einen lichten Durchmesser von 100 mm und einen äußeren Durchmesser von 108 mm, ist ihre gesamte Oberfläche demnach etwa 108 qm, und strömen durch die Leitung stündlich 4000 kg Dampf, dessen Druck am Anfang der Leitung 10 Atm. absolut und am Ende 9,2 Atm., im Mittel also 9,6 kg/qcm beträgt bei einer Dampftemperatur von "177° C, dann ist unter der Annahme einer Wärmedurchgangszahl von 14,5 bei einem Temperaturunterschied von 177 — 20 = 157° C, der stündliche Wärmeverlust der nicht umhüllten Leitung: Oj = 1 • 14,5 • 108 -157 = 245862 WE. Ist Gj das Gewicht und die Gesamtwärme des Dampfes am Anfang und 0 2 beziehungsweise am Ende der Rohrleitung, und bedeutet q2 die Flüssigkeitswärme des Dampfes am Ende

Dampfmaschinen.

29

der Leitung, dann ergibt sich die Dampfmenge, die am Ende der nicht eingekleideten Kohrleitung von den zugeführten 4000 kg noch verfügbar ist, zu: • K = 02 • A, + (Gx - G2)q2 + 245862 WE. 4000 • 666,1 = G2 • 664,8 + (4000 - G2)-176,9 + 245862 2664400 = 664,8 • Ga + 707600 - 176,9 • G2 + 245862 487,9 G2 = 1710938 G2 = 3506 kg. Eis entstehen also stündlich an Niederschlagswasser in der Leitung: 4000 - 3506 = 494 kg.

Wird die Leitung gut verkleidet, so daß eine Wärmeersparnis von 0,85 erzielt wird, dann ist der stündliche Wärmeverlust der ganzen umhüllten Leitung einschließlich der Flanschen: 245 862 - Q2 = 0,85 • 24 5862 Q2 36879 WE. Bleibt bei einer Nichteinhüllung der Flanschen eine Leitungsoberfläche von etwa 9 qm frei, so ist der hierdurch entstehende stündliche Wärmeverlust bei einem Temperaturgefälle von 177 — 20 — 157° C und einer Wärmedurchgangszahl von 14 5: 9 • 14,5 • 157 = 20488 WE. Da die Wärmeersparnis durch die Umhüllung zu 85 v. H. angenommen wurde, so beträgt der Mehrverlust an Wärme durch die unverkleideten Flanschen nur: 0,85-20488 = 174iöWE. Der Gesamtverlust der umhüllten Leitung mit unverkleideten Flanschen ergibt sich demnach zu Qa = 36879 • 17415 = 54294 WE und die Wärmeersparnis zu: 245862 - 54294 _Q 245862 °' 7 8 Der stündliche Wärmeverlust der unverkleideten Rohrleitung von 245862 WE wird also durch die Umhüllung der Leitung ausschließlich der Flanschen auf 54294WE, d.h. um 191568WE (78 v. H. Wärmeersparnis), und durch eine vollständige Umhüllung

30

Wärmekraftmaschinen.

der Leitung auf 36 879 WE oder um 208983 WE (85 v. H. Wärmeersparnis) vermindert. Bei einer jährlichen Betriebszeit von 300 Arbeitstagen zu je 22 Stunden ergeben sich die jährlichen Wärmeersparnisse bei umhüllter Rohrleitung ausschließlich der Planschen zu: 3 0 0 . 2 2 - 1 9 1 5 6 8 = 1264 348 800 W E , bei vollständig verkleideter Rohrleitung zu: 300 • 22 .208 983 = 1379 287 800 W E , Nimmt man die Kohlenkosten zu 16 J l für 1000 kg mit einem Heizwert von 7000WE/kg und den Kesselwirkungsgrad zu 0,70 an, dann ergeben sich die jährlichen Kohlenersparnisse zu: 1264348800-16 „ M ' • 7000-0,7.1000 ~ bei verkleideter Rohrleitung ausschließlich der Flanschen und zu: 1379287800.16 7000-0,7-1000 bei vollständig eingehüllter Leitung. Diese Beispiele zeigen den großen Einfluß einer wirksamen und sorgfältigen Verkleidung der Rohrleitungen, sowie der Flanschen und Absperrteile auf die Wärmeersparnis und die Wichtigkeit der Instandhaltung des Wärmeschutzes. In größeren Betrieben dürfte es sich daher empfehlen, besonders ausgebildete Arbeiter mit der dauernden Überwachung und Instandhaltung der gesamten Rohranlage zu beauftragen. Aus Gründen der besseren Wirtschaftlichkeit ist es bei fast allen größeren Dampfkraftanlagen ratsam, überhitzten Wasserdampf von möglichst hoher Spannung (bei Kolbendampfmaschinen bis zu 20 kg je qcm und eine Temperatur bis zu rund 300° C, bei Dampfturbinen bis zu 12 kg je qcm und eine Temperatur bis zu etwa 350 bis 400°C) zu verwenden, weil bei Kolbenmaschinen vor allem der Anfangsdruck und die Überhitzung, bei Turbinen die Überhitzung neben der Güte des Unterdruckes auf den Dampfverbrauch einen nicht geringen Einfluß hat. Bei der Zunahme der Überhitzungstemperatur um je 5 bis 6 ° C kann eine Abnahme des Dampfverbrauchs um etwa 1 v. H. angenommen werden. Außerdem kommt hinzu, daß verhältnismäßig nur wenig Wärme mehr benötigt wird, um hochgespannten Dampf statt

Dampfmaschinen.

'31

Dampf von geringerer Spannung zu erzeugen, und daß Heißdampf aus gesättigtem Wasserdampf durch zweckmäßigen Einbau von Überhitzern billig herzustellen ist, wobei der Dampf bei gleichbleibender Spannung eine Vergrößerung seines Energieinhaltes erfährt. Um beispielsweise Dampf von 10 Atm. absolut (Gesamtwärme von 1 kg = 666,13 WE) zu erzeugen, sind etwa nur 4 v. H. mehr Wärme erforderlich als für die Erzeugung von Dampf von 1 Atm. absolut (Gesamtwärme von 1 kg = 639,3 WE), und um 1 kg Dampf um 1 0 C zu überhitzen, sind im Durchschnitt etwa nur 0,5 W E aufzuwenden. Welchen Einfluß die Steigerung der Überhitzung des Dampfes auf den Dampfverbrauch hat, zeigt folgende Zusammenstellung nach Versuchen von M. S c h r ö t e r und Dr. Koob-München an einer Kolbenmaschine mit zweistufiger Dampfdehnung von 250 PSn mit stufenweise zunehmender Überhitzungstemperatur bis zu etwa 350 0 C bei gleichbleibender Füllung. Belastung PSi Absolute Dampfspannung bei Eintritt in den Hochdruckzylinder

222,87

223,90

220,29

219,75

214,66

10,24

10,09

10,16

10,31

10,28

Der absoluten Dampfspannung entsprechende Sättigkeitstemperatur in 0 C .

179,9

179,3

179,6

180,3

180,1

Wirkliche Temperatur des überhitzten Dampfes in 0 C bei Eintritt in den Hechdruckzylinder

204,3

233,6

263,9

303,1

358,8

Dampfverbrauch je Poi-st in kg . . . . . . . . .

5,25

4,99

4,84

4,45

4,03

Auf gesättigten Dampf umgerechneter Dampfverbrauch in kg je PSi st .

5,34

5,19

5,14

4,85

4,54

Ersparnis durch Uberhitzung in °/o des Verbrauches bei gesättigtem Wasserdampf.

2,4

5,1

"6,0

11,3

17,4

In Abb. 2, in der auf der wagerechten Linie die Dampftemperatur in 0 C und auf der senkrechten die Wärmemenge in WE aufgetragen sind, ist nach der obigen Tabelle der Wärmeverbrauch für 1 PSi st bei zunehmender Überhitzungstemperatur zeichnerisch dargestellt. Wie günstig der Einfluß der Überhitzung auf den Wärme-

82

Wärmekraftmaschinen.

verbrauch bei einer Turbine ist, zeigt das Beispiel der auf der 1 Reichs werft Wilhelmshaven befindlichen Parsonsturbine. Leistung der Turbine | in KW. 700 KW. | 700KW

Belastung

Dampt voll trockener Sattdampf

} 9>02

-{||TberhüItC)

350 KW. j ! g^ttdampf } 350 KW. |

auf 320°C überhitzt

7.

*U

9,30

9,55

11,20

7,4

7,6

8,95

10,05

10,35.

10,60

12,55

8,36

8,65

V.

8,85

10,30

kg je KW.-St.

.

je

KW.-St.

Bei Verwendung von Heißdampf ist also der Dampf- und somit auch der Brennstoffverbrauch bei gleichen Leistungen

8 oo

4oo

"C.

Abb. 2.

geringer; er arbeitet sparsamer und billiger als sein Sattdampf, aus dem er entstanden ist. Stellt sich beispielsweise der Dampfverbrauch einer Einzylindermaschine bei Dampf von 6 bis lOAtm. Überdruck in trocken gesättigtem Zustande auf 9,0 bis 11,8 kg je PSn-st ohne Kondensation und auf 6,5 bis 6,9 kg je PSn-st mit Kondensation, dann ist der Bedarf bei Heißdampf von etwa 300° C nur 7,0 bis 9,7 kg je PSn-st ohne Kondensation und 5,1 bis 8,0 kg je PSn-st mit Kondensation. Bei einer dreifachen Expansionsmaschine mit Kondensation und einem Dampfdruck von 10 bis 14 Atm. Überdruck ist der Dampfverbrauch je PSn-st 5,7 bis 6,5 kg, wenn trocken gesättigter Wasserdampf verwendet wird, dagegen nur 4,5 bis 6,0 kg, wenn der Dampf auf 300 °C überhitzt ist.

Dampfmaschinen.

33

Außerdem ist Heißdampf ein schlechter Wärmeleiter, und es ändert sich sein Aggregatzustand nicht so leicht wie der des gesättigten Wasserdampfes, weil der überhitzte Dampf in Rohrleitungen sich nicht niederschlägt, so lange deren Wandungstemperaturen oberhalb der Sättigungstemperatur des Dampfes bleiben; es treten also auch durch die nie zu vermeidende Abkühlung weniger leicht Kondensationsverluste auf. Allerdings darf nicht außer acht gelassen werden, daß der Betrieb mit Heißdampf empfindlicher ist, und zwar um so mehr — je mehr der Dampf überhitzt ist — als derjenige mit gesättigtem Wasserdampf, und daß daher die Anlage eine sorgfältigere Aufmerksamkeit und ein besser geschultes, daher teueres Betriebspersonal erfordert. Von dem Grundsätze ausgehend, daß jede Kraftanlage um so sparsamer arbeitet, je besser sie ausgenutzt wird und je mehr der Energieverbrauch dem für eine bestimmte Leistung stets günstigsten — . bei Dampfkraftanlagen also der sogenannten Dampfgarantie — entspricht, kommt es für die wirtschaftliche Betriebsfrage bei den mit Dampf betriebenen Maschinen darauf an, sie immer nur unter diesem Gesichtspunkt arbeiten zu lassen, sie also möglichst stets so zu belasten, daß sie in bezug auf den Wärmeverbrauch ein günstigstes Ergebnis haben. Die wirtschaftlich günstigste Belastung für die Dampfturbine ist die dauernde Höchstbelastung, — sie ist nicht mit der vorübergehend zulässigen Höchstleistung zu verwechseln —, für die Kolbendampfmaschinen die normale Dauerleistung oder die Normalleistung, der Belastungsgrad, bei dem die Kolbendampfmaschine in bezug auf den Wärmeverbrauch am günstigsten und ohne unzulässige Erwärmung der Triebwerkteile beliebig lange arbeitet, und der unterhalb der dauernden Höchstleistung liegt. Vom wirtschaftlichen Standpunkte aus ist es also nicht zweckmäßig, die Maschinen dauernd abweichend von ihrer, günstigsten Belastung laufen zu lassen, und zwar ist eine Unterbelastung ebenso* schädlich wie eine Überbelastung. Am ungünstigsten liegen die Verhältnisse bei Betrieben, bei denen die gesamte Leistung in einer einzigen Maschine erzeugt wird und namentlich dann, wenn sie mit Sattdampf betrieben wird. Bei Verteilung auf zwei oder mehrere Maschinen ist stets die Möglichkeit gegeben, bei geringerer Belastung eine oder mehrere Maschinen auszuschalten, S c h m i d t , Wirtschaftlichkeit in techn. Betrieben.

3

34

Wärmekraftmaschinen.

Dampfspannung in kg/qcm absol.

Umdrehungen in der Minute

Kondensationsdruck in kg/qcm absol.

Wirkungsgrad der Turbine

PSn der Turbine

i

so daß die übrigen unter günstigeren Belastungsverhältnissen betrieben werden. können. Dasselbe ist bei einer Belastungszunahme der Fall, da sich die Mehrleistung auf m ehrere Maschinensätze verteilt. Je geringer nämlich die Belastung ist, um so größer wird der Wärmeverbrauch für die Einheit der Leistung, um so schlechter ist der Gesamtwirkungsgrad der Anlage (bei leerlaufenden Maschinen sinkt er bis auf Null herab). -Desgleichen tritt eine Steigerung des spezifischen Wärme- und Brennstoffverbrauches bei Überschreitung der günstigsten Belastung, ein, und zwar bei der Sattdampfkolbenmaschine mehr als bei der Heißdampfmaschine — im besonderen der Lokomobile, weil bei ihr auch gleichzeitig der Grad der Überhitzung zunimmt -— sowie bei der Turbine. Die zeichnerische Darstellung Abb. 3 gibt die mittlere prozentuale Zunahme des Dampfverbrauches für die PSn-st bei teilweise belasteter ortsunveränderlicher Kolbendampfmaschine an. Bei Heißdampfbetrieb verläuft die Kurve zwischen der Normalleistung und 1,25 wesentlich flacher. Der schädigende Einfluß einer Uber- und Unterbelastung auf den Dampfverbrauch bei einer Turbine ist aus der oben aufgeführten Zusammenstellung über Versuche mit der auf ^ der Reichswerft Wilhelmshaven befindlichen Parsonsturbine (Seite 32) und aus folgenden Versuchsergebnissen mit einer doppelstufigen Kondensationsturbine von 50 PSn Leistung bei 3000 minutlichen Umdrehungen und einem mittleren Dampfdruck von 9 Atm. absolut zu ersehen.*)

10,33 10,1 8,36 7,25 4,3

3363 8181 3282 3191 3178

0,135 0,125 0,115 0,13 0,12

82 v.H. 83 „ 79,2,, 65 „ 53,5 ,,

66,9 59,3 47,2 37,6 19,6

J3 +=* «i O ? p,,3 d W> 09

OH a

> —

9,35 9,02 9,55 10,4 12,8

Überlastung Normallast "Ii Belastung Belastung i / t Belastung

Die mittlere prozentuale Zunahme des Dampfverbrauches für die PSn-st bei teilweise belasteten Mehrstufen-Dampfturbinen *) „Glückauf" 19Ó6.

Dampfmaschinen.

35

zeigt Abb. 4 und zwar bezieht sich die Kurve a auf Turbinen mit reiner Drosselregulierung und Kurve b mit selbsttätiger Düsenregulierung. Betriebstechnisch ist es allerdings ein besonderer Vorteil der Kolbendampfmaschine, daß sie eine größere Leistungsreserve bis zu etwa 40 bis 50v.H. der Normalleistung hat und daher stark überlastet werden kann; aber eine zu häufige Überlastung hat 5o%_

^ Abb. 3.

*

7 dauernde //¿chstte/'stj

•

Abb. 4.

neben einer ungünstigen Wärmeausnutzung infolge der unvermeidlichen größeren Reibungswiderstände und der auftretenden Stöße auch eine schnellere Abnutzung der aufeinander gleitenden Teile und eine Gefährdung des Aufbaues (Auslaufen der Lager u. a. m.) zur Folge. Außerdem ist es als ein Nachteil dieser Leistungsreserve zu betrachten, daß sich ein fehlerhaftes Arbeiten der Maschinen nicht so leicht bemerkbar macht, und daß es daher vom Bedienungspersonal oft nicht ohne weiteres wahrgenommen wird. Nicht selten wird aber ein ordnungsgemäßes Arbeiten auf Grund der Überlastungsfähigkeit in Kauf genommen und seine Beseitigung länger hinausgeschoben, als es im Interesse eines wirtschaftlichen Arbeitens der Anlage wünschenswert ist. Denn die Folge eines fehlerhaften Arbeitens ist stets ein Rückgang der Leistung und bei gleichen Leistungen ein Mehrbedarf an Dampf bzw. an Brennstoff. Aus diesem Grunde allein schon ist es zweckmäßig, in streng geregelter Folge jede Anlage einer gründlichen Reinigung und Untersuchung zu unterziehen und hierbei gegebenenfalls Ventile nachzuschleifen, Lagerschalen paßrecht nachzuarbeiten, Stopfbüchsen und andere wichtigen Teile aachzusehen, sowie bei Kolbendampfmaschinen die Einstellung der Steuerung, deren richtiges und falsches Arbeiten von außen nicht ohne weiteres wahrgenommen werden kann, und den Kolben auf seine Dichtigkeit zu prüfen. 3»

36

Wärmekraftmaschinen.

Bei Dampfmaschinen, die dauernd überlastet werden müssen, sollte man aus wärmewirtschaftlichen Gründen sich nicht scheuen, gegebenenfalls eine der Überlastung entsprechende besondere Wärmekraftmaschine -aufzustellen, oder aber sie z. B. in eine Eeihenmaschine umzubauen. Braucht beispielsweise eine Einzylindermaschine von 100 PSn ohne Heizung des Zylinders 14,3 kg und mit Zylinderheizung 11,9 kg Dampf für die PSi-st, dann würde sich bei einem in Beihenordnung zugefügten Hochdruckzylinder der Dampfverbrauch für die PSi-st nur auf 9,4 kg (ohne Zylinderheizung) und auf 8,7 kg (mit Zylinderheizung) stellen.*) Es würde also für die PSi-st 4,9 kg (34 y. H.) beziehungsweise 3,2 kg (27 v. H.) und bei 100 PS und 11 • 300 Betriebsstunden im Jahre 4 , 9 . 1 1 . 3 0 0 . 1 0 0 = 1617000 kg bzw. 3,2-11.300-100 = 1056000 kg Dampt gespart werden. Bei 8-facher Verdampfung entspricht dies einer jährlichen Ersparnis an Kohlen von

8

— 202125 kg bzw.

1056000 , , . . . 10,rtnAl = 132000 kg und bei einem Kohlenpreise von nur 17 J( 8 für 1000 kg einem Werte von 3436 M bzw. 2244 JC. Für die Wirtschaftlichkeitsfrage einer mit Dampf- betriebenen Maschinenanlage ist der stündliche Dampfverbrauch für die Leistungseinheit maßgebend. Es ist deshalb stets danach zu trachten, mit einem Mindestverbrauch an Dampf auszukommen und zwar vor allem durch Einhalten des bestimmten Dampfdruckes, gegebenenfalls des vorgeschriebenen Uberhitzungsgrades und des gleichbleibenden Gegendruckes sowie des richtigen Füllungsverhältnisses, der richtigen Dampfverteilung in der Maschine und durch einwandfreies Arbeiten der Steuerungsteile — durch eine auf Abnutzung oder falsche Einstellung äußerer Steuerungsteile zurückzuführende Undichtigkeit des Dampfeinlaßventiles kann z. B. auch während des Ausströmungsabschnittes Dampf in den Zylinder einströmen, wodurch nicht nur der Unterdruck auf der entsprechenden Kolbenseite nicht unwesentlich verringert, sondern auch die Kompression übermäßig erhöht wird. Oft werden absichtlich die Auslaßventile *) P e r r y - M e u t h , „Die Dampfmaschine".

Dampfmaschinen.

37

auf ein zu frühes Schließen eingestellt, um einen höheren Kompressionsdruck und dadurch einen ruhigeren Gang der Maschine zu erreichen, was natürlich eine schlechte Dampfverteilung und eine Verschlechterung des Wirkungsgrades zur Folge hat. Bei zu hoch getriebenen Kompressionsspannungen kann sogar ein Teil des Dampfes über das Sicherheitsventil ins Freie gelangen. Lediglich durch ein richtiges Einstellen der Ein- und Auslaßventile konnten bei einer Dampffördermaschine der Gelsenkirchener Bergwerksgesellschaft eine Dampfersparnis von 40 v. H. erzielt werden. Welchen Einfluß beispielsweise ein ungleichmäßiger Kondensationsdruck oder eine schwankende Uberhitzung auf den Dampfverbrauch hat, zeigt folgendes Beispiel einer Verbunddampfmaschine, die mit Dampf von einer Spannung von 8—12 Atm. Überdruck betrieben wird. Bei Sattdampf und guter Kondensation ist der Dampfverbrauch für die PSn-st 6,5 bis 6,9 kg; bei schlechter werdender Kondensation steigt der Dampfverbrauch, bis die Maschine bei Auspuffbetrieb einen Verbrauch an Dampf von 9,1 bis 11,8 kg für die PSn-st erreicht hat. Wird der Dampf bis auf 300° C überhitzt, dann nimmt bei derselben Spannung der Dampfverbrauch bis auf 5,1 bis 8,1 kg (mit Kondensation) bzw. bis auf 7,0 bis 9,2 kg (ohne Kondensation) für die PSn-st ab. Bei der oben angeführten doppelstufigen Versuchsturbine von 50 PSn Leistung, (Seite 34) steigt bei einer minutlichen Umlaufzahl von 3181 der Dampfverbrauch für die PSn-st von 9,02 auf 16,02 kg und die Leistung nimmt auf etwa 21,8 PSn d. h. auf 50 v.H. der Normalleistung ab, wenn die Turbine statt mit 'einem Kondensationsdruck von 0,125 kg'qcm absolut mit einem Gegendruck von 1 kg/qcm absolut arbeitet. Gegenüber einem Kondensationsbetrieb kann der Mehrverbrauch an Dampf bei Kolbendampfmaschinen mit Auspuffbetrieb mit -rund 40v.H., bei Dampfturbinen sogar mit 100 bis 140 v. H-. angenommen werden, weil bei der Dampfturbine der Dampf im Unterdruckgebiet infolge des größeren spezifischen Dampfvolumens und der geringeren Dampfdichte vorteilhafter ausgenützt wird als bei den Kolbendampfmaschinen. Bei Dampfkraftanlagen wird bekanntlich die bei der Verbrennung Jreiwerdende Wärme erst auf dem Umwege der Dampf-

Wärmekraftmaschinen.

88

erzeugung in mechanische Energie umgesetzt, d. h. infolge des notwendigen Energievermittlers Dampf und der Zwischenglieder Dampfkessel und Rohrleitung, sowie überhaupt infolge des unvollkommenen Arbeitsprozesses wird nur ein kleiner Bruchteil (je nach dem Grade der Vollkommenheit 4 bis 18v. H.) der im Brennstoff enthaltenen Wärme in mechanische Nutzarbeit um-

•100

°/o

;

im 23 rennsioff^ocfefu/Sric Tflämc Abb. 5.

gewandelt. In Abb. 5 ist die ungefähre Wärmeverteilung bei einer Kolbendampfmaschinenanlage zeichnerisch dargestellt. Nur ein verhältnismäßig kleiner Teil der entwickelten Wärme geht in der Anlage selbst verloren, der größte Teil des Wärmeverlustes dagegen ist der Wärmemenge zuzuschreiben, die im Abdampf unausgenutzt die Maschine verläßt (in der Hauptsache die innere Verdampfungswärme). Vernachlässigt man beispielsweise die Wärmeverluste durch Strahlung und Leitung im Dampizylinder, und nimmt man den Verbrauch an Dampf von 12 kg/qcm absolut mit 8 kg für die indizierte Pferdestärke an, dann wird dem Zylinder für 1 PSi-st eine Wärmemenge zugeführt von 668,08 • 8 = 5344,64 WE. Wird der Dampf auf 300°C überhitzt, dann beträgt die für eine PSi-st zugeführte Wärmemenge [668,08 + (300 - 187) • 0,54] • 8 = 5832,8 WE. Da das Wärmeäquivalent einer indizierten Pferdestärke ^ 427 ^ = 632 W E ist, d. h. für jede indizierte Pferdestärke nur 632 WE benötigt werden, so ergibt sich der Betrag an Abwärme für je 1 kg Sattdampf zu zu

— ^ ^ = 589 W E und bei überhitztem Dampf

5819,2 - 632 = 650 WE. 8

39

Dampfmaschinen.

Bei dem Dampfturbinen-Kraftwerk Louisenthal der Bergwerksdirektion in Saarbrücken,*) das aus drei Turbinen von je 4500 PS bei Heißdampf von 12 Atm. absolutem Druck und 300 0 C Überhitzung besteht, war die Gesamtleistung in einem Betriebsjahr mit insgesamt 11307 Betriebsstunden 19 963000 KW-st. Der Kohlenverbrauch belief sich auf 2114000 kg im Werte von 244430 Jt (1000 kg = 12 Jt). Da zur Erzeugung von 1PS eine Wärmemenge von 632 WE erforderlich ist und 1 PS = 0,736 KW sind, d. h. dem Wärmebedarf von 1 KW = entsprechen,

so

war

der Wärmewert

der

O,7ob

= 858 WE

Gesamtleistung

17160 Mill. WE, und die hierfür aufgewendete 858 Wärme betrug bei einem Heizwert der Kohle von 6300WE/kg - ^ t ? , 0 0 = 138300 Miü. WE. Durch die Oberfläclienkonden• 6300 satoren jeder Turbine gingen stündlich 1000 cbm Kühlwässer, die sich im Mittel um 10 °C erwärmten. Es wurden also an das Kühlwasser stündlich 10 Millionen WE und in dem betreffenden Betriebsjahr 10-11307 = 113070 Mill. WE abgegeben, • T^n v. 11307Ö000000 = 18000000 kg die einem Kohlenverbrauch von — ooUO und einem Werte von ^

=

216000 J l entsprachen.

Von der insgesamt aufgewendeten Wärmemenge von 133300 Millionen WE wurden also nur 17160 Millionen WE, d. h 12,9 v. H ausgenutzt, und von dem Wärmeverlust von 133300 — 17160 = 116140 WE gingen allein durch das Kühlwasser 131070 Millionen WE (84,8 v. H. der Gesamtwärme) verloren. Für eine Dampfkraftanlage ist es deshalb von höchster wirtschaftlicher Bedeutung, neben einem sparsamen Dampfverbrauch die Wärmewirtschaft dadurch zu verbessern, daß man möglichst große Teile der im Abdampf steckenden, bis zu 60 v. H. der zugeführten Brennstoffwärme und 80 bis 90 v. H. der Frischdampfwärme ausmachenden Wärme noch anderweitig nutzbringend zu verwerten sucht, damit die auf die Leistungseinheit bezogenen Dampfkosten, und somit auch die Betriebskosten herab* „Glückauf" 1910.

40

Wärmekraftmaschinen.

gemindert werden können. Jede Verwertung des Abdampfes führt zu Ersparnissen und zwar um so mehr, je teurer der Brennstoff ist. Sie stellt eine Verminderung der Brennstoffkosten um den Geldwert der nutzbar verwendeten Abwärme dar, die in einer Kraftmaschine bereits Arbeit geleistet hat, so daß dadurch nicht selten verhältnismäßig sehr geringe Kosten für die Krafterzeugung erzielt werden. In Abb. 6 ist die durch Ausnutzung des Abdampfes erreichbare Verminderung des Dampfverbrauches

dvsgenuizfe

dbcJcunpfmenge

f f ? v/f

Abb. 6.

für die Krafterzeugung bei einer Einzylinder-Heißdampf-Auspufflokomobile (Abb. 6, a), bei einer Verbund-Heißdampf-Auspufflokomobile (Abb. 6, b) und bei einer Verbund-Heißdampf-Kondensationslokomobile (Abb. 6, c) nach einem in den Monatsblättern des Berliner Bezirkvereins deutscher Ingenieure im Mai 1918 veröffentlichten Vortrag von H e i m a n n zeichnerisch dargestellt. Aus der Darstellung ist zu ersehen, daß bei Nichtverwertung des Abdampfes der Dampfverbrauch bei der Einzylindermaschine 7,2 kg, für die Verbund-Auspufflokomobile 6,5 kg und für die Verbund-Kondensations-Lokomobile 4,6 kg für 1 PSn-st beträgt, und daß beispielsweise bei 60 v. H. der Abdampfausnutzung für die Krafterzeugung bei der ersten Maschine 3,5 kg Dampf, für die zweite Maschine 8,2 kg und für die Kondensationsmaschine nur 2,4 kg Frischdampf in Betracht kommen. Die Abbildung zeigt ferner, daß, wenn der Abdampf restlos ausgenutzt werden würde, bei allen drei Maschinen der Dampf verbrauch nur rund 1 kg beträgt. Der Abdampf kann für die verschiedensten Zwecke Verwendung finden; so zum Beispiel unter Einschaltung eines

41

Dampfmaschinen.

Wärmespeichers zur Arbeitsleistung in Abdampfturbinen oder für Warmwasserbereitung, künstliche Trocknung, für Koch-, Heiz- und andere Zwecke, für die sonst in Kesselanlagen mit Aufwand besonderer Brennstoffmenge Dampf erzeugt werden müßte. Mit 1 kg Abdampf kann man beispielsweise in Speisewasservorwärmern bis zu 7 kg. Wasser verhältnismäßig mühelos von 10° C bis auf 80 oder 90° C erwärmen, da bei 1 kg Abdampf bei mittelbarer Beheizung rund 500 bis 550 WE ausgenutzt mlZßZ^L,

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Abb. 8.

spielsweise die für 1 PSn-st aufgewendete Wärmemenge 0,5 • 5000 = 2500 WE, von denen etwa 20 v. H. = 2500 • 0,20 = 500 WE in mechanische Arbeit umgewandelt werden, 30 v. H. = 2500 • 0,30 = 750 W E in den Auspuffgasen und 35 v.H. = 2500-0,35 = 875 W E im Kühlwasser enthalten sind. Bei dem GasmaschinenKraftwerk Heinitz der Bergwerksdirektion in Saarbrücken*), das aus 7 Gasmaschinen von einer Gesamtleistung von 11000 PSn besteht (2 mal 2800 PSn; 4 mal 1200 PSn und 1 mal 600PSn) und bei dem in dem Betriebsjahre 1909—1910 mit 31874 Betriebsstunden 21371725 cbm Koksofengas verbraucht wurden, was bei einem Heizwerte von 4500 WE/cbm einem Wärmewerte von 21371725-4500 = 96172762500WE entspricht, war der Kühlwasserbedarf im Mittel 90 cbm für die Betriebsstunde.' Dieses Kühlwasser erwärmte sich um etwa 15° C, so daß der Wärmeverlust durch das Kühlwasser in dem Betriebsjahre sich auf 31874-1000-90-15 = 43029900000 WE belief. Da 25 v.Hder zugeführten Wärme, d. h. 24043190624 WE entsprechend *) „Glückauf" 1913.

48

Wärmekraftmaschinen.

24043190624 ^tqq = 5393000 cbm Gas, durch die Auspuffgase verlorengingen, so war der durch das Kühlwasser und die Auspuffgase hervorgerufene Gesamtverlust anWärme 67073090624WE bzw. 67073 090624 _ i^gggQQQ c jj m (jas_ e i n e m damaligen 45U0 Preise von 0,6 Jp? je cbm Gas entsprach dieser Wärmeverlust einem Werte von 14893000 • 0,6 = 89358000 «f? = 89358 Ji. Wenn auch die Verpuffurigsmaschinen wegen der Verminderung der Zwischenverluste und der Anwendung höherer Anfangstemperatur im Zylinder wärmewirtschaftlich vorteilhafter arbeiten als die Dampfkraftanlagen, so ist es auch bei ihnen von wirtschaftlicher Bedeutung, die Wärmeenergie nach jeder Richtung hin gut auszunutzen, zumal dem Vorteil der besseren Brennstoffausnutzung ein höherer Wärmepreis gegenübersteht. Es ist daher ratsam, die im abfließenden erwärmten Kühlwasser und in den abströmenden heißen Auspuffgasen steckende bedeutende Wärmemenge nach Möglichkeit noch nutzbringend zu verwerten. So läßt sich das warme Kühlwasser, das bei kleinen Ver-t. puffungsmaschinen Temperaturen bis zu 700 C und bei den Großgasmaschinen bis zu etwa 50° C hat, für gewerbliche Zwecke aller Art und zwar, fast ausschließlich für Heizzwecke (Badeanlagen, Warmwasserheizung, Kesselspeisung u. a. m.) verwenden. Natürlich muß bei diesen verhältnismäßig geringen Temperaturen für einen guten spezifischen Wärmedurchgang durch die Heizkörper Sorge getragen werden, um die im Kühlwasser steckende Abfallwärme möglichst gut auszunutzen. Neuerdings sind Bestrebungen im Gange, die Abwärme des Kühlwassers unmittelbar auch für Kraftzwecke nutzbar zu machen» indem ein Teil des Kühlwassers durch Unterdrucksetzen der Kühlwasserräume der Gasmaschinenzylinder bei Temperaturen von 60—70° C zum Verdampfen gebracht wird. Der auf diese Weise erzeugte Dampf von Unterdruckspannung kann dann in einer Dampfturbine mit Kondensation nutzbringend verwertet werden.*) Durch ein solches Nachschalten einer Dampfturbine hinter einer Gasmaschine wird *) Versuche von Geh. Josse-Technische Hochschule Charlottenburg. D i n g l e r s polytechnisches Journal 1920.

Verbrennungskraftmaschinen.

49

eine „Zweistoffmaschinenanlage" geschaffen, bei welcher die im Arbeitszylinder der Gasmaschine erzeugte Wärmeenergie erheblich besser ausgenutzt wird. Die ausströmenden heißen Auspuffgase, deren Ausströmdruck 2 bis 3 at und deren Temperaturen etwa 350 bis 500° C betragen, können zur Erwärmung von Frischwasser — namentlich in Betrieben mit großem Heißwasserbedarf — (Wasserdestillierapparate, Warm- und Heißwasserbereitung), zur Erhitzung von Luft als Wärmeträger für Trockenzwecke und Heizungen und zur Erzeugung von gesättigtem und überhitztem Wasserdampf — und zwar Niederdruck- wie Höchdruckdampf — für Kraftund chemische Zwecke Verwendung finden. Für eine unmittelbare Verwendung, z. B. Beheizung von Trockenräumen, eignen sich die Auspuffgase jedoch meistens nicht, weil sie vielfach durch Ol, schweflige Säure oder Euß verunreinigt sind. Bei Abkühlung der Abgase auf etwa 150 0 C — eine weitere Abkühlung ist nicht zweckmäßig, weil dann der in den Abgasen vorhandene, sich niederschlagende Wasserdampf mit der schwefligen Säure zusammen das Material angreifen würde — können etwa zwei Drittel der in den Abgasen steckenden Wärmemengen noch ausgenutzt werden. Beträgt beispielsweise der für 1 PSn-st einer Sauggasmaschine benötigte Brennstoffverbrauch 0,4 kg Anthracit von einem Heizwerte von 8000 WE/kg, d. h. beläuft sich die für 1 PSn-st aufgewendete Wärme auf 0,4.8000 = "3200 WE und sind hiervon 30 v. H. = 3200-0,30 = 960 W E in den Auspuffgasen enthalten, dann können 2 / s • 960 = 640 W E noch nutzbar verwertet werden. Bei dem auf Seite 47 erwähnten GasmaschinenKraftwerk Heinitz findet in richtiger Erkenntnis der wirtschaftlichen Bedeutung der AbwärmeauSnutzung die in den Auspuffgasen enthaltene Wärmemenge von etwa 25 Milliarden WE, entsprechend 5,3 Millionen cbm Gas, neuerdings zur Erzeugung von Dampf Anwendung. In Abb. 9 ist die Wärmeverteilung und die ausnutzbare Abwärme bei einer Sauggasmaschine (einschließlich Gaserzeuger) zeichnerisch dargestellt. Welche Ersparnisse .durch Verwertung der im Kühlwasser und in den Auspuffgasen steckenden Wärme erzielt werden können, zeigt folgendes Beispiel einer Verpuffungsmaschine von 2 000 PSn. Unter der Annahme, daß die Maschine für die PSn-st 0,5 cbm Koksofengas von rund 3 300 WE benötigt und ihr therSohmidt, Wirtschaftlichkeit in teclin. Betrieben.

4

50

Wärmekraftmaschinort.

mischer Wirkungsgrad 0,20 beträgt, ist die gesamte Verlustwärme 0,5 • 3 300 -

20

' ° 1 5 ( ) 0 8 8 - = 1650 - 350 = 1 300 WE.

30 v. H.

der im Brennstoff zugeführten Wärme entfallen auf das erwärmte 'S,

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Abb. 9.

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Kühlwasser und 35 v. H. auf die heißen Auspuffgase, also insgesamt 65 v. H., d. h.

Wird angenommen, daß von diesen 1 0 7 3 W E bis zu 600 WE für die PSn-st beispielsweise für Heißwasserbereitung verwertbar sind, (eine Erfahrungszahl'der Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg), dann beläuft sich bei 300 Betriebstagen zu je 22 Stunden die gesamte nutzbare Abwärme im Jahre auf 3 0 0 - 2 2 . 6 0 0 - 2 0 0 0 = 7920000000 W E . Würde diese Wärmemenge in einem besonderen Kessel mit einem Wirkungsgrad von 0,70 durch Kohlen erzeugt werden, dann würde sich, wenn der Preis für 1000 kg Kohle von einem Heizwert von 7000WE/kg nur 15 JL betrüge, für 10000 WE • w , 10000-15 • nnn „ ein Warmepreis ergeben von 7 0 Q Q . Q . Q Q = 0,03 JH = 3 7

1 0

Die jährliche Ersparnis an Betriebskosten durch Verwertung der nutzbaren Abwärme würde sich demnach stellen auf , , 7920000000-0,3 = OQ „ OA . , , . .. f — 1000 heutigen schwankenden, erheblich höheren Brennstoffpreisen sind die Ergebnisse natürlich wesentlich günstiger. Zur zweckdienlichen Verwertung der Abwärme größerer Verpuffungsmäschinen hat zum Beispiel die

Verbrennungskraftmaschinen.

51

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg sogenannte Abwärmeverwerter — liegende und stehende Dampfkessel (ausziehbare Röhrenkessel) für Spannungen bis zu 15 at in "Verbindung mit Uberhitzer und Vorwärmer — auf den Markt gebracht, durch welche die Wirtschaftlichkeit der Yerpuffungsmaschinen um ein ganz bedeutendes verbessert werden kann. Nach Angaben der Firma beträgt die in einem solchen Abwärmedampfkessel erzeugte Dampfmenge bei einer Dampftemperatur von 350° 0 und einer Dampfspannung von 8 bis 15 Atm. etwa 0,7 bis 0,8, im Mittel also 0,75 kg, für die PSn-st, so daß bei einer Maschine von 2 000 PSn und einer Jahresbetriebszeit von 3 0 0 • 2 2 = 6 600 Stunden (300 Betriebstage zu je 22 Stunden) eine Dampfmenge Von 0,75 - 2 0 0 0 • 6600 = 9900000 kg sich ergibt. Wird ein Dampfpreis von nur 0,2 für 1 kg Dampf angenommen, dann beträgt die durch die Verwertung der Abwärme erzielte Ersparnis 9900000 • 0,2 = 1980000 3!jl = 19800 Ji Nach Angaben von Gentsch*) konnten bei einer Leuchtgasmaschine von 1250 PSn Leistung und 100 minutlichen Umdrehungen in einem Abwärmeverwerter mit der Abwärme der Abgase Wasserdampf von 8 Atm. Spannung erzeugt werden und zwar für 1 PSn-st 0,875 kg von 660 W E , für 1250 PSn also 1093,75 kg Dampf in der Stunde. Bei demselben Dampfpreis von 0,2 ¿p? für 1 kg Dampf ergibt sich eine jährliche Ersparnis bei 6600 Betriebsstunden von 1093,75-0,2.6600 = 1456580 # = 14566,8 JH. Bei der Gaskraftanlage Bergmannsglück**), die aus 6 mit Koksofengas betriebenen Verpufi'ungsmaschinen von je 2350 PSn besteht, werden mit der Abgaswärme in einen Abwärmeverwerter (M. A. N.) noch für jede KW-st 1 kg hochgespannter überhitzter Wasserdampf erzeugt, mit dem in einer Dampfturbine bei einem Verbrauch von 8 kg je KW-st noch 0,125 KW-st gewonnen werden. Der Wärmeverbrauch, der bei der Gasmaschine für 1 K W - s t sich auf 3500 W E beläuft, beträgt für die Gesamtanlage mit Ausnutzung der Abgaswärme nur 3100 W E für jede KW-st. Auf eine Gasmaschinenleistung von je 8 0 0 0 K W kommt eine 1000KWDampfturbine aus der Abfallwärme. Der nicht unerhebliche Betrag an Abwärme des Kühlwassers wird hierbei nicht ausgenutzt. Allgemein darf gesagt werden, daß bei einer Annahme *) Z. d.V. d . i . 1916. *•) Z. d.V. d.i. 1919. 4*

52

Wärmekraftmaschinen.

des thermischen Wirkungsgrades von 25 v. H. einer Gaskraftmaschine (Abb. 8) der thermische Wirkungsgrad auf 29 v. H. gesteigert werden kann, wenn die Abgaswärme mit verwertet wird, dahingegen auf 33 v. H., wenn Abgas- und Kühlwasserwärme noch ausgenutzt werden. Die wirtschaftlich günstigste Belastung für die Yerpufifungsmaschinen ist die dauernde Höchstbelastung, die nur wenig unterhalb der vorübergehend zulässigen Höchstleistung liegt. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es nicht zweckmäßig, — obwohl das in der Praxis nicht immer geht — die Maschinen abweichend von ihren günstigsten Belastungsstufen laufen zu lassen, weil nur bei diesen Belastungen die auf die Leistungseinheit kommende Brennstoifmenge auf das Mindestmaß gebracht werden kann. Bei jeder anderen Belastung wird die aufgewendete' Brennstoffmenge nicht so gut ausgenutzt, so daß sich dann naturgemäß der Energieverbrauch und demgemäß auch die Betriebskosten erhöhen.. Vor allem weisen die Sauggasanlagen bei Abweichung von der günstigsten Belastungsstufe eine sehr beträchtliche Zunahme des Brennstoffverbrauches auf. Ganz besonders ist dieses bei allen Kleinmotoren der Fall, weil bei ihnen der auf 1 PSn-st bezogene Energieaufwand an sich schon größer ist als. bei größeren Anlagen. Mit wachsender Maschinengröße nehmen der Energieaufwand und demnach auch die Brennstoffkosten für die Leistungseinheit ab. Nach Güldner („Verbrennungskraftmaschinen") ändert sich beispielsweise der Brennstoffverbrauch bei Sauggasmaschinen für Anthracit mit einem unteren Heizwert von 8000 WE/cbm bei Teillast wie folgt: Anthrazit Hu = 8000 W E Leistung in PSn

10/15 15/20 20/55 55/70 70/100 über 100

Belastung

:

volle

•V*

V.

v*

650 580 500 450 425 400

800 750 630 570 580 500

960 900 750 690 650 600

1250 1150 1000 900 • 860 800

53

Verbrennungskraftmaschinen.

Den ungefähren Brennstoffverbrauch von Leuchtgasmaschinen bei Teillasten bezogen auf einen unteren Heizwert Hu = 5000 WE/cbm ergibt folgende Zusammenstellung: Dauernde Höchstleistung in PSn

Gasverbrauch in Litern für 1 PSn-st

für 1 Std.

j bei Vollast

bei '/» Last

625 510 480 450 450 450 450 450

925 700 650 625 625 625 625 625

2 10 20 30 40 50 100 150

im Leerlauf. 700 2 000 3 900 5 200 7 000 8 500 16 000 23 000

Als Mittelwert an Mehrverbrauch von Brennstoff bei Leuchtgasund Sauggasmaschinen für 1 PSn-st bei Teillasten gegenüber Vollast gibt Güldner an: ) Mehrverbrauch

*U

lU

7a

7*

Leuchtgasmaschinen:

10

20

35

60

90 v.H.)

Sauggasmaschinen:

20

30

50

75

100 ,, I

Ungefähre Belastung:

für 1 PSn-st gegenüber Vollast

Bei Benzinmotoren bezogen auf einen Brennstoffheizwert von H^ = 11000 WE/kg und einem spezifischen Gewicht y — 0,7 stellt sich der Verbrauch bei Voll- und Teillast auf:

PSn

2 3 6 10 14 20 25 30

Vollast für 1 PSn-st

1/ Last 8 für 1 PSn-st

Leerlauf für 1 Stunde

g

g

g

770 510/600 410/470 420/470 410/460 390/430 370 340

600 880/1100 880/11C0 1300/1900 2400/2700 3000/3300 3220/3500 4200

360/390 240/380 300/340 . 300/340 290/340 290/330 280/310 270/300

.

Da die Verpuffungsmaschinen mit ihrer dauernden Höchstleistung als günstigste Belastung im Gegensatz zu den Kolben-

54 -

Wärmekraftmaschinen.

dampfmaschinen keine große Energiereserve haben (sowohl bei den mit gasförmigen, wie auch bei jenen mit leichtflüchtigen flüssigen Brennstoffen arbeitenden Maschinen nur bis zu höchstens lOv.H. der normalen Belastungsstufe), so können sie und namentlich die Kleinmotoren auch nicht dauernd stark überlastet werden. Eine Ausnahme bildet nur die sogenannte, weiter unten erwähnte Hochleistungsgasmaschine. Arbeitet beispielsweise eine gewöhnliche Viertaktmaschine bei ihrer dauernden Höchstleistung mit einem mittleren Kolbendruck von 5,0 kg/qcm, der vorübergehend auf 5,5 kg/qcm erhöht werden kann, dann wird, wenn die Maschine mit dem größeren Kolbendruck dauernd belastet wird, eine nicht unbedeutende Erhöhung der Zylindertemperatur eintreten, die zu Betriebsstörungen führen muß. In betriebstechnischer Beziehung, ist die geringe Überlastungsfähigkeit fraglos ein Nachteil der Verpuffungsmaschine, in wirtschaftlicher Beziehung hat sie aber das Gute, das sich ein fehlerhaftes Arbeiten durch Rückgang der Leistung leichter bemerkbar macht und Veranlassung gibt, umgehend Abhilfe zu schaffen. Es kann also bei ihnen nicht mit Bewußtsein die Beseitigung von Fehlern auf Kosten einer größeren Energiereserve länger hinausgeschoben werden, als es im Interesse eines wirtschaftlichen Arbeitens der Maschinen wünschenswert ist. Nicht selten arbeiten Verpuffungsmaschinen zur Erzielung einer größeren Überlastbarkeit absichtlich unterbelastet — so schwankt die Durchschnittslast beispielsweise bei Gasmaschinen großer Hüttenwerke erfahrungsgemäß um 70 v. H. der dauernden Höchstleistung — und zwar mit einem nicht geringen erhöhten Brennstoffverbrauch für die Leistungseinheit, so daß bei ihnen zwischen dieser Normalleistung und der Höchstlast, also bei einer Überlastung, der spezifische Brennstoffverbrauch zunächst abnimmt. In betriebstechnischer Hinsicht ist eine solche Normalbelastung oft zweckmäßig, in wirtschaftlicher Beziehung gehen aber in solchen Fällen die wärmetechnischen Vorzüge der Gasmaschinen gegenüber den Dampfmaschinen nicht selten verloren. Die Abb. 10 zeigt den Wärmeverbrauch für verschiedene Belastungen einer Verpuffungsmaschine. Aus dem Schaubild, das Durchschnittswerte aus in den letzten Jahren veröffentlichten Versuchen darstellt, ist deutlich zu ersehen, wie stark der Wärmeverbrauch mit abnehmender Be-

Verbrennungekraftmaschinen.

55

lastung zunimmt. Bei der halben Belastung ist beispielsweise der Brennstoff bedarf etwa 1,31 mal so groß, wie bei der dauernden Höchstleistung. In Kraftwerken mit starken Leistungsschwankungen sollte man deshalb neben den ständig unter Vollast laufenden Verpuffungsmaschinen mit ihrem günstigsten Brennstoffverbrauch für die Leistungseinheit Dampfmaschinenanlagen für die schwankenden Belastungsspitzen anordnen. Gegenüber den gewöhnlichen Yerpuffungsmaschinen lassen, die in letzter -Zeit zur Einführung gekommenen sogenannten Hochleistungsmaschinen der Firma Erhard & Sehmer in Saarbrücken eine wesentlich größere Überlastbarkeit zu, weshalb sie hauptsächlich da am Platze sind, wo stark wechselnde BeSooo

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Abb. 10.

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Ccrt/cr/i c/m

.

Abb. 11.

lastungen vorliegen, z. B. bei Walzenzugmaschinen. Der Grundgedanke der Arbeitsweise dieser Hochleistungsgasmaschinen beruht vor allem auf der Erhöhung des Ladegewichtes der Maschinen und der Verbesserung der Zusammensetzung des Gemisches.. indem das Luftgasgemisch durch ein Turbogebläse unter einen Druck von 150 bis 200 mm Wassersäule gesetzt und, nachdem Druckluft die verbrannten schädlichen Abgase aus dem Zylinder hinausgespült hat, dem Zylinder mit diesem erhöhten Druck zugeführt wird. Da die Verbrennung sich auch bei Teillasten der Maschine schnell und sicher vollzieht, so braucht sie bei geringeren Leistungen im Gegensatz zu den gewöhnlichen Verpuffungsmaschinen nicht mehr Gas als der Leistung entspricht, d. h. bei fallender Leistung nimmt der Wärmeverbrauch der Hochleistungsgasmaschine nicht so schnell zu wie bei der Verpuffungsgasmaschine mit normalem Arbeitsverfahren. In Abb. 11

56

Wärmekraftmaschinen.

ist der Wärme verbrauch für gleiche Belastungen bei einer gewöhnlichen Verpuffungsmaschine (Kurve a). und bei einer gleichgroßen Hochleistungsgasmaschine (Kurve b) nach Erhard & Sehmer zeichnerisch dargestellt. Man ersieht aus diesem Schaubild, daß der Wärmeverbrauch der Hochleistungsgasmaschine bis zu etwä 75 v. H. der Belastung sich nicht wesentlich ändert. t

b) Nach dem Dieselverfahren arbeitende Ölverbrennungsmasehinen (Gleichdriickmaschineii). Bei den nach dem Dieselverfahren arbeitenden Ölmotoren ist die Ausnutzung der im Brennmaterial aufgespeicherten Wärme

X« SrennsiaJ? ICvgry&Jirte

von allen Wärmekraftmaschinen noch am günstigsten; sie beträgt bis zu 35 v. H. In Abb. 12 ist die ungefähre Wärmeverteilung \ zeichnerisch dargestellt. Um auch bei diesen Maschinen eine möglichst große Verringerung der auf die Leistungseinheit bezogenen Betriebskosten und damit eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des ganzen Betriebes zu erzielen, muß bei ihnen ebenfalls die in den Auspuffgasen bis zu 25 v. H. und im austretenden Kühlwasser bis zu 35 v. H. steckende Abwärme noch nutzbar verwertet werden. Ist beispielsweise der Verbrauch an Brennstoff von einem Heizwert von 10000 WE/kg 0,190 kg für 1 PSn-st, dann beläuft sich die für 1 PSn-st aufgewendete Wärmemenge auf 0,19*10000 = 1900 WE. Bei einem thermischen Wirkungsgrade von 35 v. H. beträgt die in mechanische Arbeit umgewandelte Wärmemenge 1900-0,35 = 665 W E , die in den Auspuffgasen enthaltene Ab-

57

Verbrennungskraftmaschinen.

wärme (25 v. H.) 1900-0,25 = 475 W E und die im Kühlwasser enthaltene Wärmemenge (35 v. H.) 1900 • 0,35 = 665 WE. Aus dem Kühlwasser mit einer Temperatur bis zu 60° lassen sich leicht noch 30,v. H. der Gesamtwärme zur Warm- und Heißwasserbereitung, unter Verwendung eines Abwärmeverwerters zur Erzeugung von Niederdruck- und Hochdruckdampf bis zu 15 at für Kraftzwecke ausnutzen, so daß sich eine Gesamtverwertung der in^ die Maschine hineingeschickten Wärmemenge von etwa 82 v. H. ergibt. In Abb. 13 ist die ungefähre gesamte ausnutzbare Abwärme einer Gleichdruckmaschine zeichnerisch dargestellt. Nach Angaben der Löbersdorfer Maschinenfabrik Aktiengesellschaft*) setzt sich bei einer Sechszy linder-Gleichdruckma,

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Abb. 13.

schine von 750 PSn der Wärmeabgang beispielsweise wie folgt zusammen. Heizwert des benutzten Brennstoffes . . . . . 10 200 Brennstoffverbrauch für 1 PSn-st . . . . . rund 185 Gesamtverbrauch an Brennstoffwärme für 1 PSn-st . . . „ 1900 „ 750 PSn-st . . . „ 1 425 000 'Wärmeabgang durch Strahlung für 1 PSn-st „ 180 Wärmeabgang durch Auspuffgase mit einer Tem- . peratur von 360° C für 1 PSn-st 500 Wärmeinhalt der Auspuffgase für 750 PSn-st . 375 000 Wärmeabgang in das Kühlwasser für 1 PSn-st . >. . . 620 „ 750 PSn-st . . . . 465000

WE/kg g WE „ „ „ „

„.

Verbraucht zum Beispiel eine 500 PSn Gleichdruckmaschine in der Stunde 100 kg Treiböl von einem Heizwert von rund *) Z. d. V. d. I. 1916.

58

Wärmekraft maschin en.

10000 WE/kg (für die PSn-st also 200 gr), und ist der Preis für 100 kg 4,50 Jt y dann sind dem Motor in einer Stunde 100-10000 = 1000000 WE zugeführt worden, und die stündlichen Treibölkosten belaufen sich auf - — — = 4,50 Jl. Rechnet man hierzu noch einen stündlichen Zündölverbrauch von 5 kg, dann betragen die gesamten Brennstoffkosten in der Stunde bei einem Zündölpreis von 10 Jl für 100 kg: > • K . 1 f) 4,50 + - ^ = 5 j f . Von der dem Motor zugeführten stündlichen Wärmemenge von 1000000 WE werden 35 v. H. in mechanische Arbeit umgesetzt, so daß die Verlustwärme sich auf 1000000-350000 = 650000 WE beläuft. Von diesen 650000 WE können 300000 WE des von 10 auf 50° C erwärmten Kühlwassers und 170000 WE der heißen Auspuffgase leicht noch nutzbar verwertet werden. Die gesamte nutzbare Abwärme von 470000 WE in einem Dampfkessel mit einem Wirkungsgrad von 70 v. H. erzeugt, würde bei einem Preise der Kohle (Heizwert 7000 WE/kg) von nur 15 ^ für 1000 kg

= 1,44 ^

kosten.

Die Kosten für die eigentliche Krafterzeugung würde sich demnach auf 5,00 — 1,44 = 3,56 Jl vermindern. Für die PSn-st, 5 die ohne Ausnutzung der Abwärme sich auf = 0,01 Jl = 1 ouu stellen würde, ergibt sich bei Verwertung der Abwärme demnach ein Preis von nur — " = 0,0071 Jl oder 0,71 ty. ouu Bei den nach dem Dieselverfahren arbeitenden Ölmotoren ist die wirtschaftlich günstigste Belastung ähnlich wie bei den Kolbendampfmaschinen die „Normalleistung", von der nach Möglichkeit nicht abgewichen werden sollte, obwohl die Gleichdruckmaschinen in dieser Beziehung noch günstiger arbeiten als die Verpuffungsmaschinen (mit Ausnahme der Hochleistungsgasmaschine) und insbesondere die Sauggasanlagen. In Abb. 14 ist der ungefähre Brennstoffverbrauch für die PSn-st bei teilweise belasteten Gleichdruckmotoren bezogen auf die normale Leistung zeichnerisch dargestellt.

59

Verbrennungskraftmaschinen.

Nach dieser Schaulinie ist beispielsweise bei einer a / 4 großen Belastung der Brennstoffverbrauch 1,04 mal so groß, wie bei der Normalleistung. Nach Garantie- 4.. zahlen der Maschinenfabrik Augs- 3,s 1 burg-Nürnberg stellt sich der 3 4» Brennstoffverbrauch von Gleich- ¿ J4S druck-Rohölmaschinen bezogen auf 1,5 i IO".i Oi 1 einen unteren Heizwert des Brennstoffes von H^ = 10000 WE/kg bei Wehst J/ Normalleistungen und Teillasten ~'4o n4 4 w i e

folgt-

Einzylinder- 1 maschinen PS Zweizylindermaachinen PS Bei Normalleistung g Bei »/« Belastung g Bei V» Be- i lastung g Bei »/* Belastung g

Abb. 14. 8 11

12

15

20 25 30 35 40 50 60 70 80 100

30

40 50 60 70 80 100 120 140 160 200

235 230 220 215 210 205 200 195 195 195 190 185 185 185 245 240 230 225 220 215 210 205 205 205 200 195 195 195 285 280 270 260 255 250 245 240 235 235 230 225 225 225 390 375 360 350 335 330 325 320 315 310 305 300 300 300

Der bei einer Dreizylinder-Gleichdruckmaschine von 200 PSn sich ändernde Brennstoffbedarf bei Abweichung von der normalen Last ergibt nach Versuchen von Professor G. W e b e r folgende Zusammenstellung. Höchstleistung

Brennstoff| verbrauch für .> 1 PSn-st in g j Wärmet Verteilung in > Nutzarbeit in % J

7. Nn. - V i N n .

'/. Nn.

V*—V» Nn.

235

199,5

156

101,5

47,6

189,0

188,0

-196,0

221,0

238,0

33,5

33,6

32,4

28,7

18,7

Die Gleichdruckmaschinen, deren Regelung ähnlich wie bei der Dampfmaschine, dadurch erfolgt, daß die Brennstoffmenge unter Einwirkung des Regulators dem jeweiligen Belastungsgrad angepaßt wird, was unter anderem auch einen verhältnismäßig

60

Wärmekraftmaschinen.

gleichmäßigen Gang bei Belastungsschwankungen zur Folge hat, überwinden teilweise Belastungen bis zu 20 v. H. über die Normalleistung ohne Betriebsstörungen. Eine dauernde Überlastung ist jedoch auch bei diesen Maschinen schädlich und unwirtschaftlich und sollte daher stets vermieden werden. Es darf auch bei den Verpuffungsmaschinen wie bei den nach dem Dieselverfahren arbeitenden Ölmotoren nicht erst auf das Sichbemerkbarmachen von Fehlern gewartet werden, sondern es müssen auch bei ihnen in streng geregelter Folge Reinigungsund Uberholungsarbeiten, namentlich der dem Verschmutzen besonders ausgesetzten Teile wie Verbrennungsraum, Auspuffventile, Leitungen, Kühlwassermantel, Kolben, elektrische Zündvorrichtung (auf metallisch reine Kontaktstellen), Vergaser u. a. m., sowie gegebenenfalls auch der Luft-, Brennstoff-, Kühlwasserpumpen, der Brennstoffeinspritzvorrichtungen bei Ölmotoren vorgenommen werden. Außerdem müssen regelmäßig in kurzen Zeitabschnitten Indikatordiagramme vom Arbeitsvorgang der Verbrennungsgase im Zylinder aufgenommen werden, um sich nach Vergleich mit den vorhandenen „Garantiediagrammen" zu überzeugen, ob die Maschine in jeder Beziehung noch ordnungsgemäß arbeitet und vor allem die richtige Steuerungs-, Gemischund Zündeinstellung hat. Neben diesen Betriebs- und Kontrollmaßnahmen zur Erreichung eines stets guten Arbeitens der Verpuffungsanlagen sind auch bei ihnen regelmäßig in bestimmter Zeitfolge Versuche vorzunehmen und zwar hauptsächlich zur Ermittlung: 1. des mechanischen Wirkungsgrade? i)m\ dieser Wirkungsgrad soll angeben, welcher Bruchteil der Gesamtleistung nicht nur infolge Eigenreibung der Maschine, sondern auch ihrer Hilfsmaschinen u. a. m. als Nutzleistung abgegeben wird. Die Ermittlung von Nn und N. erfolgt bei den Verpuffungsmaschinen genau so wie bei den "Dampfmaschinen. Außer der Ermittlung des mechanischen Wirkungsgrades handelt es sich bei den Versuchen ferner um die Bestimmung: 2. des thermischen Wirkungsgrades tjt = ^

, des Ver-

hältnisses der im Zylinder in mechanische Arbeit umgesetzten Wärmemenge zu der durch den Brennstoff hinzugeführten Wärme;

Sonstige Maschinen.

3. des

wirtschaftlichen Wirkungsgrades

61 = rjt- ?/m

oder

der Verhältniszahl rjw =

, die den Grad der wirtschaftlichen sf Wärmeausnutzung angibt, wobei Q die für eine Nutzpferdestunde theoretisch notwendige Wärmemenge, Q' die tatsächlich aufgewendete Wärmemenge bedeutet; 4. des stündlichen Brennstoffverbrauches für die Leistungseinheit; 5. der für 1 PSn-st verbrauchten Kühlwassermenge von bestimmter Eintritts- und Austrittstemperatur, d. h. der durch das Kühlwasser abgeführten Wärmemenge. Die gefundenen Werte sind ebenfalls in das für die betreffende Maschine bestimmte Buch, in dem alle sonstigen, die Anlage betreffenden Vorkommnisse (Prüfungsergebnisse, Ausbesserungen) sowie die Garantiediagramme und der Verbrauch an Betriebsstoffen aufgeführt sein müssen, einzutragen und mit den früheren Versuchsergebnissen zu vergleichen. Jeder Abweichung von der normalen, richtigen Arbeitsweise sollte auch bei den Verbrennungskraftmaschinen sofort auf den Grund gegangen werden, und man sollte ohne Aufschub jeden eingeschlichenen Fehler, der meist auf die unvermeidliche Abnutzung oder auf das Verschmutzen einzelner Teile zurückzuführen ist, schnellstens beseitigen.

4. Sonstige Maschinen. In ähnlicher Weise wie bei den Wärmekraftmaschinen müßte auch bei jeder anderen Kraftmaschinenart sowie auch bei Arbeitsmaschinen vorgegangen werden. Eine stets fachmännische und aufmerksame Wartung; eine ständige Betriebskontrolle bei ausgiebiger Anordnung von selbsttätig arbeitenden Meß- und Prüfvorrichtungen, deren Registrierapparate fortlaufend zeichnerische Darstellungen und somit wahrheitsgetreue, in jedem Zeitabschnitte nachzuprüfende Bilder von der Arbeitsweise der betreffenden Anlage geben, um die Größe des Zugaugs und des Abgangs der Energien möglichst immer vor Augen zu haben; bei Kolbenmaschinen eine streng geregelte —• und nicht etwa nur nach Gutdünken vorzunehmende —

Sonstige Maschinen.

3. des

wirtschaftlichen Wirkungsgrades

61 = rjt- ?/m

oder

der Verhältniszahl rjw =

, die den Grad der wirtschaftlichen sf Wärmeausnutzung angibt, wobei Q die für eine Nutzpferdestunde theoretisch notwendige Wärmemenge, Q' die tatsächlich aufgewendete Wärmemenge bedeutet; 4. des stündlichen Brennstoffverbrauches für die Leistungseinheit; 5. der für 1 PSn-st verbrauchten Kühlwassermenge von bestimmter Eintritts- und Austrittstemperatur, d. h. der durch das Kühlwasser abgeführten Wärmemenge. Die gefundenen Werte sind ebenfalls in das für die betreffende Maschine bestimmte Buch, in dem alle sonstigen, die Anlage betreffenden Vorkommnisse (Prüfungsergebnisse, Ausbesserungen) sowie die Garantiediagramme und der Verbrauch an Betriebsstoffen aufgeführt sein müssen, einzutragen und mit den früheren Versuchsergebnissen zu vergleichen. Jeder Abweichung von der normalen, richtigen Arbeitsweise sollte auch bei den Verbrennungskraftmaschinen sofort auf den Grund gegangen werden, und man sollte ohne Aufschub jeden eingeschlichenen Fehler, der meist auf die unvermeidliche Abnutzung oder auf das Verschmutzen einzelner Teile zurückzuführen ist, schnellstens beseitigen.

4. Sonstige Maschinen. In ähnlicher Weise wie bei den Wärmekraftmaschinen müßte auch bei jeder anderen Kraftmaschinenart sowie auch bei Arbeitsmaschinen vorgegangen werden. Eine stets fachmännische und aufmerksame Wartung; eine ständige Betriebskontrolle bei ausgiebiger Anordnung von selbsttätig arbeitenden Meß- und Prüfvorrichtungen, deren Registrierapparate fortlaufend zeichnerische Darstellungen und somit wahrheitsgetreue, in jedem Zeitabschnitte nachzuprüfende Bilder von der Arbeitsweise der betreffenden Anlage geben, um die Größe des Zugaugs und des Abgangs der Energien möglichst immer vor Augen zu haben; bei Kolbenmaschinen eine streng geregelte —• und nicht etwa nur nach Gutdünken vorzunehmende —

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Schmier- und Putzmittel.

Indikator-Diagramm-Aufnahme zur Beurteilung der Arbeitsvorgänge im Zylinderinneren. Wie wichtig beispielsweise bei Kolbenpumpen und Kolbenkompressoren regelmäßige Diagrammaufnahmen sind,-zeigt allein schon die Tatsache, daß bei auch nur wenig, von außen nicht ohne weiteres wahrzunehmendem undichten Schließen der Saugventile während der Druckabschnitte ein Teil des angesaugten Wassers bzw. der angesaugten Luft wieder in die Saugleitung zurückgeht. Die für das Ansaugen dieser zurückströmenden Menge erforderliche Énergie ist also nutzlos aufgewendet worden. Ist diese Menge an Verlustenergie bei einem Doppelhub auch scheinbar unbedeutend, so kann sie doch in einem Betriebsjahr zu einer nicht geringen Größe anwachsen, die das wirtschaftliche Betriebsergebnis ungünstig beeinflußt. Unerläßlich ist ferner in jedem Betriebe eine regelmäßig, in bestimmter Zeitfolge vorzunehmende gründliche Reinigung und Konservierung aller dem Verschmutzen ausgesetzten Maschinenteile, da ein gutes, einwandfreies Arbeiten einer Anlage hiervon wesentlich abhängt. Außer diesen Betriebs- und Prüfungsmaßnahmen sind in regelmäßigen und nicht etwa willkürlich gewählten Zwischenräumen eingehende zweckdienliche Untersuchungen, gewissermaßen als Stichproben des wirtschaftlichen Arbeitens einer Anlage, über den Grad der Energieausnutzung, über die einzelnen Verlustgrößen, sowie ferner zum Zwecke des Aufdeckens von eingeschlichenen oder allmählich sich entwickelnden Fehlern vorzunehmen. Solche vôn Zeit zu Zeit anzustellende Erhebungen machen sich in der Regel immer reichlich bezahlt, zumal durch sie gleichzeitig festgestellt werden kann, ob die Anlage stets richtig bedient und instand gehalten worden ist. Die Ergebnisse solcher Versuche sind dann mit den Garantieergebnissen zu vergleichen, damit Abweichungen sofort, auf den Grund gegangen und jeder Fehler schnellstens beseitigt werden kann.

5. Schmier- und Putzmittel. Eine nicht unwesentliche Rolle in der Frage eines guten wirtschaftlichen Betriebsergebnisses spielt auch der in manchen Betrieben um ein ganz bedeutendes über das erforderliche Maß hinausgehende Verbrauch an Schmier- und Putzmitteln, deren

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Schmier- und Putzmittel.

Indikator-Diagramm-Aufnahme zur Beurteilung der Arbeitsvorgänge im Zylinderinneren. Wie wichtig beispielsweise bei Kolbenpumpen und Kolbenkompressoren regelmäßige Diagrammaufnahmen sind,-zeigt allein schon die Tatsache, daß bei auch nur wenig, von außen nicht ohne weiteres wahrzunehmendem undichten Schließen der Saugventile während der Druckabschnitte ein Teil des angesaugten Wassers bzw. der angesaugten Luft wieder in die Saugleitung zurückgeht. Die für das Ansaugen dieser zurückströmenden Menge erforderliche Énergie ist also nutzlos aufgewendet worden. Ist diese Menge an Verlustenergie bei einem Doppelhub auch scheinbar unbedeutend, so kann sie doch in einem Betriebsjahr zu einer nicht geringen Größe anwachsen, die das wirtschaftliche Betriebsergebnis ungünstig beeinflußt. Unerläßlich ist ferner in jedem Betriebe eine regelmäßig, in bestimmter Zeitfolge vorzunehmende gründliche Reinigung und Konservierung aller dem Verschmutzen ausgesetzten Maschinenteile, da ein gutes, einwandfreies Arbeiten einer Anlage hiervon wesentlich abhängt. Außer diesen Betriebs- und Prüfungsmaßnahmen sind in regelmäßigen und nicht etwa willkürlich gewählten Zwischenräumen eingehende zweckdienliche Untersuchungen, gewissermaßen als Stichproben des wirtschaftlichen Arbeitens einer Anlage, über den Grad der Energieausnutzung, über die einzelnen Verlustgrößen, sowie ferner zum Zwecke des Aufdeckens von eingeschlichenen oder allmählich sich entwickelnden Fehlern vorzunehmen. Solche vôn Zeit zu Zeit anzustellende Erhebungen machen sich in der Regel immer reichlich bezahlt, zumal durch sie gleichzeitig festgestellt werden kann, ob die Anlage stets richtig bedient und instand gehalten worden ist. Die Ergebnisse solcher Versuche sind dann mit den Garantieergebnissen zu vergleichen, damit Abweichungen sofort, auf den Grund gegangen und jeder Fehler schnellstens beseitigt werden kann.

5. Schmier- und Putzmittel. Eine nicht unwesentliche Rolle in der Frage eines guten wirtschaftlichen Betriebsergebnisses spielt auch der in manchen Betrieben um ein ganz bedeutendes über das erforderliche Maß hinausgehende Verbrauch an Schmier- und Putzmitteln, deren

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Schmier- und Putzmittel.

Beschaffungskosten einen nicht unbeträchtlichen Teil der Betriebskosten ausmachen. Für Dampfkraftanlagen beispielsweise kann ein durchschnittlicher Kostenaufwand für Schmiermittel von 7 bis 10 v. H. und mehr, für Putzmittel von 3 bis 5 v. H. der Kohlenkosten angenommen werden. Es muß deshalb auch mit ihnen nach Möglichkeit mit größter Sparsamkeit umgegangen werden. Für den Verbrauch an Schmiermitteln ist ein Haupterfordernis ein in jeder Beziehung richtiges, d. h. weder ein zu geringes noch ein zu starkes Versorgen der einzelnen Maschinenteile mit Schmieröl, zumal eine sachgemäße Schmierung auch von großem Einfluß auf die Nutzleistung und die Betriebssicherheit und Lebensfähigkeit der Maschinen ist. Wie sich die Nutzleistung und der mechanische Wirkungsgrad einer Dampfmaschine bei nicht ordnungsgemäßer Schmierung ändert, zeigt folgender Versuch an einerWolfschen Lokomobile von 23 PSn Höchstleistung bei 130 mm Zylinderdurchmesser und bei einem Hube von 260 mm.*) Unter Anwendung eines deutschen Zylinderöles von 0,965 spezifischem Gewicht, 235° C Flammpunkt und einer Zähflüssigkeit (Viskosität) bei 100° C von 65 Engler war die indizierte Leistung der mit. Sattdampf von 11,8 kg/qcm betriebenen Maschine hei 230 minutlichen Umdrehungen 23,90 PSi und die Nutzleistung 22,71 PSn, der mechanische Wirkungsgrad demnach 0,95. Der Bedarf .an Zylinderöl belief sich auf 18 g in der Stunde. Nach Abstellung der Schmiervorrichtung ging die Nutzleistung und demnach auch der mechanische Wirkungsgrad allmählich nach Verbrauch des sich zwischen den Kolbenringen und in anderen toten ßäumen angesammelten Schmieröles nach folgender Zusammenstellung zurück. Zeit Bei Abstellen der Zylinderschmierung Nach 10 Minuten .

„

30 40

„ „

»

68

„

*) Z. d. V. d. I. 1918.

PSn' 22,71

95,0

22,62 22,14 21,50 21,16 21,00 20,90

95,0 92,6 90,0 88,6 87,8 87,5

64

Schmier- und Putzmittel.

Nach Auffüllen von 50 g Öl stiegen Leistung und mechanischer Wirkungsgrad sofort und zwar: Zeit

PSn 21,64 22,60

Nach 4 Minuten auf . ^

II

„

„

..

Ein ähnlicher Versuch mit derselben, jedoch mit Heißdampf von 11,8 kg/qcm betriebenen. Dampfmaschine mit HeißdampfZylinderöl von 0,955 spezifischem Gewicht, 2 7 0 ° C Flammpunkt und einer Zähflüssigkeit bei 1Q0° C von 3,5 Engler hatte bei einer indizierten Leistung von 23,65 PSi, einer Nutzleistung von 22,44 PSn und einem mechanischen Wirkungsgrad i]m — 94,9 folgendes Ergebnis. Der Zylinderölbedarf betrug 60 g in der Stunde. Zeit

i

-

Nach Abstellen der | Zylinderschmierung f Nach 10 Minuten . . » . „ „ „ „ „ „ „

20 40 70 110 120 150 160 180

» » „ „

19(? 210 230 240

» »

• "

JI >I

j» J»

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* *

JT

'

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•

Dampftemperatur

PSn

/o

22,58

•

340

95,5

22,47 22,27 22,09 22,10 22,04 22,00 21,92 21,82 21,74 21,64 21,17 20,98 20,63

.

340 340 320 332 344 350 348 346 352 352 360 370 370

95,1 94,2 93,4 93,4 93,2 93,0 92,9 92,3 92,0 91,5 89,5 88,7 87,3

Nachdem dann nach 240 Minuten die Schmierung mit 4 g in der Stunde wieder angestellt worden war, stiegen bereits nach 5 Minuten die Nutzleistung auf 21,32 PSn und der mechanische Wirkungsgrad auf 90,2. Also sowohl bei Sattdampf- wie auch bei Heißdampfbetrieb fiel nach Unterbrechung der Zylinderschmierung die Nutzleistung sowie der mechanische Wirkungs-

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Schmier- und Putzmittel.

grad und zwar bei SAttdampf betrieb schneller als bei Heißdampfbetrieb. Der mechanische "Wirkungsgrad — Abb. 15 zeigt den Verlauf der Wirkungsgradkurve beim ersten Versuch mit Sattdampf, Abb.. 16. beim zweiten mit Heißdampf — wird also durch eine unvollkommene Schmierung nicht unwesentlich r beeinflußt. \ 36 Niemals sollten maschinelle i1 9* Anlagen während der Betriebsi 92 zeit ohne Aufsicht gelassen 'Stüter- 1 SCtx/Jiferv V werden, weil sonst Unregelmäßig9o ¿r'n^t i keiten in der Olzufuhr nicht sofort Vi T SS bemerkt und abgestellt werden i können. Ganz besonders ist TO' dieses bei kleinen Maschinen der Abb. 15. Fall, bei denen der auf die Leistungseinheit bezogene Ölverbrauch größer ist als bei größeren Maschinen. So ist beispielsweise bei einer Verbundlokomobile nach Wolf-Buckau der Bedarf an Zylinderöl bei einer Leistung von 50 PSn für die PSn-st 1,8 g, bei 100 PSn dagegen nur 1,2 g und bei 200 PSn 0,8 g,

\

yjn «*S6 94-

92

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